Thử nghiệm rung xóc

Rung xóc (rung động) là sự dao động cơ phản ứng lại làm cho vật bị đẩy ra khỏi vị trí cân bằng hoặc điểm nghỉ của chúng. Các dao động lớn, nhỏ, qua lại đều có thể đo lường được. Chúng liên quan đến tần số, dạng sóng và phổ. Các phản ứng rung tức thời trong một khoảng thời gian có thể được đo bằng thiết bị kiểm tra độ rung phù hợp. Rung động có thể theo chu kỳ với các biên độ cụ thể, giống như con lắc trong đồng hồ cơ học. Hoặc chúng có thể là ngẫu nhiên, chẳng hạn như hệ thống giảm sóc của xe phản ứng với một con đường gồ ghề sỏi đá. Nhiều rung động cơ học là kết quả không mong muốn do lỗi trong quá trình thiết kế. Tuy nhiên, một số rung động là không mong muốn do thiết kế không phù hợp, do hao mòn trên thiết bị gây mất cân bằng và do điều chỉnh không đúng cách. Cho dù rung động là cố ý hay vô ý, đã có các dịch vụ kiểm tra độ rung chính xác với các tiêu chuẩn có sẵn để xác minh các thông số. Các phương tiện kiểm tra độ rung này có thể xác định xem dao động nằm trong hay ngoài phạm vi có thể chịu được.

Tại sao sản phẩm được kiểm tra rung xóc (rung động)

Sản phẩm được kiểm tra rung động để xác định giới hạn và dung sai. Mọi sản phẩm đều dễ bị rung động và có khả năng bị hỏng hóc. Điều đó bao gồm các vật thể nhỏ bé như bộ vi xử lý, bảng mạch cho đến các vật lớn như cầu và các tòa nhà chọc trời.

Thử nghiệm rung xóc cho phép các nhà thiết kế, kỹ sư và nhà sản xuất biết được giới hạn tác động mà sản phẩm của họ có thể chịu được. Thử nghiệm rung xóc nhằm đảm bảo sản phẩm đủ điều kiện cho mục đích sử dụng, đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn, quy định, cũng như tuân thủ mọi yêu cầu của Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO). Một phần của quá trình kiểm định trong thử nghiệm rung xóc xác định sự chịu đựng, giới hạn hư hỏng và tính toàn vẹn của kết cấu.

Các ngành cần sử dụng thử nghiệm kiểm tra rung xóc (rung động)

Các nhà sản xuất hàng không vũ trụ đảm bảo các bộ phận nhạy cảm có thể chịu được lực cất cánh lớn cũng như các điều kiện môi trường không gian khắc nghiệt.
Các nhà sản xuất ô tô giảm thiểu sai sót trong quá trình vận hành và xử lý bằng cách thử nghiệm rung động với nhiều bộ phận trước khi lắp đặt trên dây chuyền sản xuất.
Các ngành sản xuất hàng không tránh các sự cố như chuyển động của cánh và áp suất động cơ bằng cách thông qua các thử nghiệm rung động
Các nhà sản xuất hàng tiêu dùng tiến hành kiểm tra rung động nhằm đảm bảo sản phẩm chịu được sự khắc nghiệt hàng ngày trong quá trình vận chuyển và sử dụng trong gia đình.
Ngành quốc phòng sử dụng thử nghiệm rung động trong thiết bị và hệ thống vũ khí để đảm bảo chúng có thể được vận chuyển và sử dụng an toàn trong chiến trường.
Các nhà sản xuất điện tử kiểm tra về khả năng chịu đựng của các bộ phận phức tạp bằng cách đánh giá các mẫu thông qua thử nghiệm rung động.
Các nhà sản xuất hàng hải giảm thiểu sự mài mòn của bánh lái và giảm sức chịu đựng của thân tàu bằng cách kiểm tra rung động được thực hiện trong các cơ sở được kiểm soát.
Các nhà sản xuất thiết bị y tế ngăn ngừa sự cố các thiết bị trong bệnh viện bằng cách kiểm tra rung động của các bộ phận.
Các nhà sản xuất dầu khí dựa vào thử nghiệm rung động để ngăn ngừa các vấn đề xảy ra trong sản xuất đối với một ngành công nghiệp có nhiều biến động.
Các trạm phát điện,máy biến áp cũng sử dụng thử nghiệm rung động để đảm bảo thiết bị cao áp hoạt động an toàn và đáng tin cậy.

Các kiểu rung xóc (rung động)

Có ba loại rung động riêng biệt:

Rung động tự do: Những rung động này xảy ra khi một hệ thống cơ học hoặc vật thể chuyển động do kết quả của đầu vào ban đầu. Tần số dao động tự do bắt đầu cao và chậm dần khi năng lượng tắt dần.
Rung động cưỡng bức: Điều này xảy ra khi các đối tượng hoặc hệ thống cơ học có sự tác động thay đổi theo thời gian. Dao động cưỡng bức xảy ra khi các lực ổn định, dù là tạm thời hay ngẫu nhiên, ảnh hưởng đến hoạt động của một thứ đang hoạt động.
Rung động tắt dần :Rung động tắt dần xảy ra khi năng lượng trong một hệ thống dao động chậm lại khi lực hấp dẫn và lực ma sát cao hơn năng lượng dao động động năng của nó. Dao động tắt dần giảm dần và thay đổi tần số khi vật trở lại trạng thái nghỉ.

Các loại máy thử nghiệm rung xóc

Máy thử nghiệm rung xóc được phân làm ba loại khác nhau. Mỗi máy rung có ưu và nhược điểm của nó:

Máy thử nghiệm rung xóc cơ học: Đây là những dụng cụ phổ biến và ít tốn kém nhất. Chúng đáng tin cậy và dễ vận hành. Tuy nhiên, máy thử nghiệm rung xóc cơ học có giới hạn trong phạm vi điều chỉnh tốc độ và dao động.
Máy thử nghiệm rung xóc loại chạy điện và thủy lực: Máy rung điện thủy lực (EH) hoạt động chính xác như tên gọi của chúng. Nguồn điện kích hoạt động cơ thủy lực khởi động bàn rung. Những dụng cụ tầm trung này đắt hơn máy thử nghiệm rung xóc cơ học nhưng có phạm vi điều chỉnh rộng hơn.
Máy thử nghiệm rung xóc chạy điện : Đối với công việc nâng cao như trong ngành hàng không và hàng không vũ trụ, máy thử nghiệm rung xóc điện từ (EM) được các nhà phân tích rung động thường sử dụng. Máy thử nghiệm rung xóc có khả năng tinh chỉnh và đạt tốc độ rung vượt xa khả năng máy thử nghiệm rung cơ học và máy thử nghiệm rung thủy lực. Và giá thành của máy cũng cao hơn đáng kể.

Thử nghiệm rung xóc kiểu hình sin và ngẫu nhiên

Hai thử nghiệm rung động phổ biến liên quan đến các tần số được giới thiệu ở dạng rung động sin và rung động ngẫu nhiên. Hình sin là một dạng rung động tuyến tính còn được gọi là thử nghiệm rung động hình sin. Nó liên quan đến các rung động được thực hiện với tốc độ như nhau trong suốt quá trình thử nghiệm.

Thử nghiệm rung hình sin thích hợp cho các sản phẩm có độ rủi ro thấp dành cho các ứng dụng hạng nhẹ và trung bình.

Thử nghiệm rung đặc biệt thường sử dụng các kiểu rung động ngẫu nhiên. Hệ thống thử nghiệm rung động phức tạp cho phép người vận hành tạo ra các rung động với tốc độ ngẫu nhiên. Điều này giúp thiết bị đang được kiểm tra chịu tác động giống như với các điều kiện thay đổi ngoài thực tế.

Với sự phát triển của Khoa học công nghệ trên toàn thế giới, nhiều ngành công nghiệp khác nhau sử dụng thử nghiệm rung xóc và máy thử rung xóc như một phần của quá trình sản xuất. Các nhà sản xuất hàng đầu muốn đảm bảo độ tin cậy của sản phẩm. Kiểm tra rung động là một phần của việc xây dựng uy tín và nó cũng bảo vệ danh tiếng của nhà sản xuất. Nhằm cung cấp các dịch vụ thử nghiệm uy tín, chính xác cho khách hàng, Trung tâm Nhiệt đới Việt-Nga đã xây dựng hệ thống Phòng thử nghiệm với các thiết bị hiện đại từ các hãng nước nổi tiếng như Atlas, Vostchtechnik, Weisstechnik….Lĩnh vực thử nghiệm rung xóc được Viện Độ bền Nhiệt đới rất quan tâm, chú trọng. Phòng thử nghiệm được Tổ chức BoA Bộ Khoa học và Công nghệ công nhận năng lực thử nghiệm đạt tiêu chuẩn ISO/IEC 17025:2017 hiệu VILAS 938 và được công nhận theo TCVN/QS 877:2014, cung cấp dịch vụ thử nghiệm uy tín, chính xác, đa dạng cho các đơn vị trong và ngoài quân đội.

Phòng thử nghiệm của Viện Độ bền Nhiệt đới sở hữu hệ thống thiết bị thử nghiệm rung xóc (vibration test system) của hãng B&K Đan Mạch, gồm có:

Máy rung kết hợp (Shaker combo): LDS V830 - 335

Hình 1: Máy rung kết hợp (Shaker combo)

- Dải tần số (Hz): DC - 3000

- Lực đầu ra lớn nhất (sine peak) (kN) ≥ 9.81

- Lực ngẫu nhiên lớn nhất (random force) (kN) ≥ 9.81

- Lực shock max. (kN) ≥ 25.1

- Gia tốc (đỉnh sine) ≥ 75g

- Vận tốc tối đa (m/s) ≥ 2.0

- Đáp ứng các tiêu chuẩn: MIL, IEC 60068

2. Bàn rung ngang (Slipe Table): LPT600

- Kích thước vùng làm việc (mm) ≥ 600 x 600

- Độ dày (mm) ≤ 37
- Hành trình trượt lớn nhất (metal to metal) (mm) ≥ 63.5

- Khả năng tải lớn nhất (kg) ≥ 500

3. Bàn rung dọc (Head Expander) (01 cái)
- Kích thước vùng làm việc (mm) ≥ 610 x 610
- Độ cao (mm) ≤ 220
- Khối lượng (kg) ≤ 51

Tiêu chuẩn thử nghiệm rung xóc:

MIL-STD-202: Một tiêu chuẩn quân sự thiết lập các phương pháp thử nghiệm đối với các khía cạnh khác nhau của các thành phần điện và điện tử, bao gồm cả thử nghiệm rung động.
MIL-STD-810: Một tiêu chuẩn quân sự thiết lập các phương pháp thử nghiệm để xem xét kỹ thuật môi trường và các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, bao gồm thử nghiệm rung động và thử nghiệm hàng hóa lỏng lẻo, mô phỏng chuyển động của các mặt hàng trong một container vận chuyển không cố định ở phía sau xe tải vận chuyển.
Tiêu chuẩn thử ngiệm địa chấn AC 156: Kiểm tra chứng nhận địa chấn cho các thành phần phi kết cấu theo yêu cầu tại các khu vực dễ xảy ra động đất.
RTCA DO-160: Một tập hợp các phương pháp hay nhất được xuất bản bởi ủy ban kỹ thuật vô tuyến hàng không (RTCA) đưa ra các tiêu chuẩn cho việc sản xuất và thử nghiệm các thiết bị bay trên không.
Tiêu chuẩn ISTA: Các phương pháp kiểm tra khác nhau của Hiệp hội vận tải an toàn quốc tế (ISTA) được thiết kế để đảm bảo rằng các mặt hàng có thể chịu được áp lực khi vận chuyển, bao gồm cả thuer nghiệm rung động.
Tiêu chuẩn ASTM: Các tiêu chuẩn khác nhau của Hiệp hội thử nghiệm và vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) Quốc tế liên quan đếnrung động, bao gồm nhiều tiêu chuẩn dành cho vận chuyển, bao gồm D 4169, D 4003, D 3332, D 4577, D 6179 và hơn thế nữa.
Tiêu chuẩn ISO 10816: Một tài liệu gồm nhiều phần của Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) đưa ra các tiêu chuẩn dành riêng cho phân đoạn thử nghiệm rung động.
Tiêu chuẩn ISO 18436-2: Chỉ thị ISO đặt ra các yêu cầu về trình độ và đánh giá của nhân viên làm việc trong ngành giám sát và chẩn đoán tình trạng rung động.