Ảnh hưởng của thiết bị gá lắp trong thử nghiệm rung xóc


Trong những thập kỷ đầu tiên của việc triển khai lắp đặt các thiết bị điện tử vào ô tô, hậu quả của một sự cố gá cố định mẫu thử nghiệm trong một thử nghiệm rung xóc là vô cùng nguy hiểm. Nếu thiết bị hiển thị và âm thanh trên ô tô của bạn ngừng hoạt động, nhà sản xuất ô tô có thể phải đối mặt với các hóa đơn cho chi phí sửa chữa sản phẩm đó. Trong kỷ nguyên sắp tới của phương tiện tự hành, nơi các hệ thống điện tử sẽ kiểm soát hoàn toàn một chiếc xe, hậu quả của việc hỏng hóc càng nghiêm trọng hơn. Các đợt thu hồi ô tô về vấn đề sự cố sẽ tiêu tốn của các nhà sản xuất hàng tỷ đô la.

Nội dung

 

Vấn đề về thiết bị gá trong giai đoạn mới phát triển

Các tính năng thử nghiệm rung xóc chính đang được sử dụng phổ biến ngày nay phần lớn đã được phát triển từ các yêu cầu ban đầu của ngành hàng không vũ trụ. Các giao thức thử nghiệm tiêu chuẩn, rung động ngẫu nhiên, thử nghiệm trục đơn, thử nghiệm nhiệt độ và rung động kết hợp đã được phát triển để đáp ứng nhu cầu kiểm tra độ tin cậy của các chương trình không gian Gemini và Apollo sơ khai. Việc sử dụng thiết bị điện tử trong các ứng dụng di động vẫn còn sơ khai và nhu cầu triển khai các hệ thống có độ tin cậy cao trong các ứng dụng vũ trụ đã thúc đẩy ngành công nghiệp thử nghiệm phát triển các công cụ tốt hơn để mô phỏng môi trường sử dụng.

Trong khi thử nghiệm rung xóc bằng máy lắc đã có từ Thế chiến thứ hai, những máy lắc ban đầu này được giới hạn ở 85 Hz và phù hợp hơn để thử nghiệm các đặc tính mỏi của các thành phần kết cấu. Các kỹ sư biết rằng năng lượng rung động đáng kể có thể xuất hiện ở các tần số cao hơn và các thiết bị điện tử nhạy cảm hơn với các tần số này, nhưng họ không thể thử nghiệm chúng cho đến khi các máy lắc điện động lực trở nên phổ biến. Để đảm bảo rằng thiết bị đang được thử nghiệm (DUT) chịu đúng mức tác động ở các tần số cao này, các phương pháp thử nghiệm hàng không vũ trụ nhấn mạnh sự cần thiết của thiết bị gá, mang lại khả năng truyền cao trong suốt dải tần số thử nghiệm.

Việc sử dụng phổ biến thiết bị điện tử trong ô tô chỉ bắt đầu được sử dụng vào những năm 1970, và  sau đó nó phần lớn bị cô lập với các bộ phận điều khiển động cơ như một phản ứng để đáp ứng các biện pháp kiểm soát nhiễu từ trường nghiêm ngặt hơn. Do đó, gần như tất cả các thử nghiệm rung xóc cho ô tô trong thời đại này đều được thực hiện dưới 100 Hz. Với việc sử dụng ngày càng nhiều thiết bị điện tử trên các phương tiện giao thông để điều khiển các hệ thống thân xe khác nhau bằng ECU riêng lẻ từ những năm 1990, đặc biệt là ngày nay với các ứng dụng xe điện và xe tự hành, ngành công nghiệp ô tô đã nhận ra những lợi ích của việc thử nghiệm rung xóc ở tần số cao hơn bằng cách sử dụng các hệ thống thử nghiệm rung xóc điện động.

Trong khi ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ, nhận ra nhu cầu thử nghiệm thiết bị điện tử ở tần số cao hơn, nhiều kỹ sư ô tô được đào tạo trong thời đại thử nghiệm tần số thấp hoặc vẫn sử dụng các thông số kỹ thuật dựa trên các ứng dụng ban đầu này không hiểu được tác động mà thiết bị gá có thể phóng đại hoặc làm giảm năng lượng rung ở tần số cao trong các thử nghiệm rung xóc.

Bài viết này mô tả quá trình ngành công nghiệp phát triển đến thời điểm này và cách các phân khúc của ngành đang dẫn đầu việc áp dụng thiết bị gá đủ tiêu chuẩn như một yêu cầu cần thiết của thử nghiệm rung xóc tần số cao.

Những ngày đầu khi tiến hành thử nghiệm rung xóc

Rung động là một lĩnh vực nghiên cứu còn khá non trẻ thời đó. Khóa học đại học đầu tiên dành cho nghiên cứu rung động chỉ được giới thiệu vào năm 1928. Trong khi rung động đã được công nhận trong gần một thế kỷ như một yếu tố môi trường quan trọng mà nhà thiết kế phải thích ứng, thì mãi từ những năm 1960 - sự ra đời của máy lắc điện động lực, thử nghiệm rung xóc hiện đại đã thực sự phát triển. Trước thời kỳ này, công nghệ máy rung cơ học có sẵn giới hạn dải tần ở 85 Hz. Sự đa dạng của các loại máy móc và môi trường rung động cụ thể mà mỗi máy thử nghiệm rung xóc đang cố gắng mô phỏng khiến cho việc so sánh kết quả thử nghiệm giữa các phòng thí nghiệm trở nên rất khó khăn.

Giai đoạn Thế chiến thứ hai đưa ra khái niệm thử nghiệm rung xóc trên thiết bị trước khi sử dụng và giai đoạn sau chiến tranh chứng kiến ​​sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ phương tiện và vũ khí mới. Các thiết bị gá cho các máy thử nghiệm rung xóc tần số thấp ban đầu có thể được coi là không có cộng hưởng, mặc dù chúng chỉ được thiết kế để chịu lực. Trừ khi chúng là những thiết bị gá rất lớn, phản ứng động của thiết bị gá không phải là một thử nghiệm quan trọng. Sau chiến tranh, miền tần số thấp hơn (<100 Hz) và thường định kỳ của máy bay dẫn động bằng cánh quạt bắt đầu được thay thế bằng môi trường rung ngẫu nhiên tần số cao hơn (100 Hz đến 2000 Hz) do động cơ phản lực và tên lửa tạo ra.

Sự ra đời của các chương trình không gian vào những năm 1960 đồng thời với sự ra đời của máy thử nghiệm rung xóc động lực công suất cao có khả năng thực hiện các bài kiểm tra độ rung lên đến 2000 Hz và cao hơn. Với khả năng tái tạo phổ tần số cao mới được phát hiện, khả năng thử nghiệm tần số cao nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn để thử nghiệm chất lượng trong ngành hàng không vũ trụ. Các máy thử nghiệm rung xóc  mới giúp thúc đẩy khả năng lặp lại của thử nghiệm liên phòng thí nghiệm trở nên dễ dàng hơn. 

Ngay từ đầu, các kỹ sư hàng không vũ trụ đã nhận ra rằng những miền tần số cao hơn sẽ đòi hỏi sự hiểu biết kỹ lưỡng về các thiết bị gá, giao diện giữa mặt bàn máy thử nghiệm rung xóc và các điểm gắn riêng lẻ trên sản phẩm thử nghiệm. Không có bất kỳ tiêu chuẩn sẵn có nào về hiệu suất của thiết bị gá, nhiều câu hỏi về thiết kế các thiết bị gá cần được trả lời. Chúng ta có nên tái tạo trở kháng của việc lắp đặt tại chỗ thực tế không? Chúng ta nên theo dõi đầu vào rung động tác động lên sản phẩm thử nghiệm ở đâu? Hiệu suất chấp nhận được là bao nhiêu?

Sự phát triển của tiêu chuẩn MIL-STD-810 vẽ nên một bức tranh chính xác về những thay đổi trong triết lý thiết kế các thiết bị gá. Năm 1962, tiêu chuẩn gián tiếp xác định tính năng của vật cố định là, "Sản phẩm thử nghiệm phải được lắp đặt bằng cách lắp thông thường của nó trực tiếp vào bàn máy thử nghiệm rung xóc, hoặc bằng một vật cố định cứng có khả năng truyền các điều kiện rung động quy định ở đây, " và, “Các mức gia tốc rung hoặc DA của đường cong thử nghiệm quy định phải được duy trì tại các điểm lắp đặt sản phẩm thử nghiệm. Đối với các hạng mục lớn có sự thay đổi về mức độ rung giữa các điểm lắp đặt, độ rung đầu vào tối thiểu phải là độ rung của đường cong thử nghiệm quy định. ” Chuyển động xuyên âm (ngang) được giới hạn ở 100% ở mọi tần số.

Các phòng thí nghiệm thử nghiệm rung xóc hàng không vũ trụ ngày nay nhận thấy hiệu suất của các thiết bị gá đã được xác định chính xác trong tiêu chuẩn MIL-STD-810H và cần phải khảo sát phương thức gá hoặc tìm kiếm cộng hưởng của các thiết bị gá trước khi thực hiện bất kỳ thử nghiệm rung xóc nào.

Thử nghiệm rung xóc trong ngành công nghiệp ô tô

Việc áp dụng thiết bị điện tử trong ngành hàng không vũ trụ vào những năm 1950 và 1960 và môi trường rung động tần số cao mà các hệ thống này bắt buộc phải vận hành đã thúc đẩy cách tiếp cận của ngành đối với hiệu suất cố định rung động. Ngược lại, trong cùng một khoảng thời gian, những chiếc ô tô cùng thời sử dụng rất ít đồ điện tử, các bài thử nghiệm rung xóc thực hiện trên các bộ phận ô tô cũng bị giới hạn ở các tần số thấp hơn do máy thử nghiệm rung xóc cơ điện cung cấp.

Giống như trong hàng không vũ trụ, ngành công nghiệp ô tô đã phát triển các máy chuyên dụng để mô phỏng môi trường rung động của ô tô. Một trong những loại máy thử nghiệm rung xóc đầu tiên được phát triển để thực hiện thử nghiệm đèn ô tô. Máy thử nghiệm rung xóc và phương pháp thử nghiệm ban đầu được xác định vào năm 1940 trong SAE J577 và thực hiện thử nghiệm rung xóc  sóng sin lên đến 60 Hz. Tuy nhiên, không  giống như ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, vốn chuyển nhanh sang các máy thử nghiệm rung xóc hiện đại hơn, ngành công nghiệp ô tô chậm hơn nhiều trong việc chuyển đổi. Trên thực tế, máy thử nghiệm rung xóc của đèn pha cơ học vẫn được quy định trong FMVSS 108 là máy duy nhất được công nhận cho mục đích này.

Tốc độ của việc sử dụng thiết bị điện tử trong ô tô ngày nay đã được thay thế bằng sự bùng nổ các ứng dụng điện tử cho các phương tiện giao thông đường bộ. Trong khi phanh ABS và túi khí được coi là những ứng dụng “tối quan trọng” đối với điều khiển điện tử, trong đó hậu quả của việc hỏng ECU là cực kì nghiêm trọng khi một chiếc xe tải tự hành mất lái trên đường cao tốc tắc nghẽn.

Mặc dù thiết bị điện tử trong các ứng dụng quan trọng hiện đang được sử dụng phổ biến trên các phương tiện hiện đại, nhưng việc áp dụng các phương pháp thử nghiệm rung xóc hiện đại vẫn chưa theo kịp tốc độ phát triển. Nhiều nhà sản xuất ô tô đã áp dụng các phương pháp thử nghiệm rung xóc hiện đại để điều chỉnh các phương pháp thử nghiệm cho các ứng dụng riêng lẻ. Nhưng nhiều phương pháp thử nghiệm cho ô tô vẫn một phần dựa trên kỷ nguyên 85 Hz kế thừa của máy rung cơ điện.

Các phương pháp thứ hai này hoàn toàn im lặng về vấn đề hiệu suất của các thiết bị gá vì nó phần lớn không phải là vấn đề với các thử nghiệm tần số thấp. Không có gì lạ khi một phòng thí nghiệm thử nghiệm nhận một bộ phận ô tô từ khách hàng để thử nghiệm rung xóc ở dải tần 5 Hz đến 2.000 Hz, trong đó bộ phận gá bao gồm một khung thép đơn giản được kẹp vào mặt bàn máy. Các thiết bị gá bằng ống théo rất kinh tế để chế tạo và cấu hình sẵn sàng để triển khai thử nghiệm rung động ba trục, nhưng chúng không được biết đến với độ cứng khi thửu nghiệm rung xóc với tần số trên 85 Hz.

Khi phương pháp thử nghiệm rung xóc có phổ tần số 5 Hz đến 2.000 Hz không xác định được các yêu cầu về hiệu suất động của thiết gá, việc lắp đặt cảm biến gia tốc tại các vị trí lắp đặt sản phẩm cụ thể theo cách mà thử nghiệm từ 5 Hz đến 85 Hz sẽ thực hiện trước đây, các kỹ sư không thể làm gì hơn ngoài việc cho mẫu đã cố định vào phổ thử nghiệm rung động bằng cách sử dụng một gia tốc kế duy nhất được gắn vào bề mặt máy lắc. Một kỹ sư thử nghiệm rung xóc có kinh nghiệm sẽ làm việc này với sự hiểu biết về mẫu thử nghiệm, từ đó giới hận phổ rung động cho thử nghiệm. 

Rung động là một lĩnh vực nghiên cứu không được đề cập chi tiết trong nhiều chương trình kỹ thuật. Kiến thức cần thiết để thiết kế thiết bị chống rung là một bộ kỹ năng thậm chí còn hiếm hơn. Vì vậy, có lý do là hầu hết các kỹ sư sẽ đọc báo cáo thử nghiệm rung động được tạo ra trong các điều kiện này sẽ không nhận ra rằng mẫu thử nghiệm có thể chưa trải qua hiệu quả đầy đủ của thử nghiệm rung động được mô tả trong phương pháp này.

Và liệu sản phẩm có vượt qua được bài thử nghiệm rung xóc không? Sau tất cả, các kỹ sư bây giờ có thể bắt đầu với giai đoạn tiếp theo của việc triển khai sản phẩm. Tuy nhiên, nếu không có bất kỳ kiến ​​thức nào về ảnh hưởng của thiết bị gá với bài thử nghiệm rung xóc, một sản phẩm chưa được thử nghiệm kỹ lưỡng có thể được đưa vào sản xuất với khả năng bị lỗi và thu hồi tại hiện trường trong tương lai.

Tác động của thiết bị gá trong việc phát triển ngành công nghiệp ô tô trong tương lai

Trong những thập kỷ đầu tiên của việc triển khai lắp đặt các thiết bị điện tử vào ô tô, hậu quả của một sự cố gá cố định mẫu thử nghiệm trong một thử nghiệm rung xóc là vô cùng nguy hiểm. Nếu thiết bị hiển thị và âm thanh trên ô tô của bạn ngừng hoạt động, nhà sản xuất ô tô có thể phải đối mặt với các hóa đơn cho chi phí sửa chữa sản phẩm đó. Trong kỷ nguyên sắp tới của phương tiện tự hành, nơi các hệ thống điện tử sẽ kiểm soát hoàn toàn một chiếc xe, hậu quả của việc hỏng hóc càng nghiêm trọng hơn. Các đợt thu hồi ô tô về vấn đề sự cố sẽ tiêu tốn của các nhà sản xuất hàng tỷ đô la.

Để tránh nguy cơ này trong tương lai, các kỹ sư ô tô cần phải học hỏi những thứ mà các kỹ sư hàng không vũ trụ đã nghiên cứu trong nhiều thập kỷ, hiểu được hiệu suất của các thiết bị gá cố định sản phẩm thử nghiệm là một yêu cầu quan trọng của bất kỳ thử nghiệm rung xóc nào.

>>> CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM >>>

Tủ thử nghiệm nhiệt độ, độ ẩm

Tủ thử nghiệm sốc nhiệt

Máy thử rung xóc

Tủ thử nghiệm phun sương muối

Tủ thử nghiệm nhiệt độ, áp suất theo độ cao

Tủ thử nghiệm chống xâm nhập IPx

Thiết bị thử nghiệm rơi và va đập

Thiết bị thử nghiệm NVH

=================

VintechME - 1Tech Việt Nam là đơn vị chuyên cung cấp các giải pháp kỹ thuật toàn diện bao gồm trang thiết bị và các gói dịch vụ liên quan đến thử nghiệm, đo lường. Nếu quý công ty, doanh nghiệp có nhu cầu xin liên hệ với chúng tôi để nhận được tư vấn.

Hotline (Zalo/ Whatsaap): 0966 252 565/ 0979 388 908/ 0972 317 221 

Email: info@vintechme.com

Fanpage: https://www.facebook.com/vintechme

Website: https://vintechme.com/

Địa chỉ: Số 197, đường Thụy Phương, Bắc Từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam.

 

Đăng ký nhận tin