Sửa chữa máy xây dựng - xếp dỡ và thiết kế xưởng ppt

• Kiến trúc xây dựng và bố trí mặt bằng sửa chữa ở các nhà máy được đánh giá rõ nét thông qua các tài liệu [3], [5], cụ thể là: Trong số các nhà máy cơ khí sửa chữa hiện nay đang hoạt độ

PGS.TS NGUYỄN ĐĂNG ĐIỆM

Sửa chữa máy xây dựng - xếp dỡ

và thiết kế xưởng

(Tái bản có sửa chữa và bổ sung)

NHÀ XUẤT BẢN GIAO THÔNG VẬN TẢI

HÀ NỘI - 2006

NHÀ XUẤT BẢN GIAO THÔNG VẬN TẢI

80B Trần Hưng Đạo - Hà Nội

ĐT: 9423346, 9423345 - Fax: 8224784

6C5.5 (6V)

MS 131/10-03 GTVT - 03

In cuốn, khổ 19x27cm, tại Công ty In Giao thông Giấy chấp nhận đăng ký kế hoạch xuất bản số 131/XB-QLXB ngày 29/1/2003 In xong và nộp lưu chiểu tháng năm 2006

LỜI NÓI ĐẦU

Với chính sách mở cửa của Đảng và Nhà nước, trong những năm qua nước ta đã thu hút được nhiều vốn đầu tư của nước ngoài cho nhiều lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực xây dựng cơ bản Điều này càng làm cho số lượng và chủng loại máy xây dựng - xếp dỡ ở nước ta vốn đã rất đa dạng, nay lại càng đa dạng hơn

Một công việc không thể thiếu được trong quá trình điều hành và sử dụng máy cho công tác thi công là công tác bảo dưỡng và sửa chữa máy Xuất phát từ đó cần phải đưa ra những

cơ sở về lý thuyết và công nghệ cho công tác bảo dưỡng và sửa chữa máy

Cuốn giáo trình "Sửa chữa Máy xây dựng - xếp dỡ và Thiết kế xưởng" chính là mục tiêu của ý tưởng trên

Giáo trình gồm 5 chương:

Chương I: Những khái niệm cơ bản về quá trình làm việc của máy xây dựng - xếp dỡ, về công tác bảo dưỡng và sửa chữa máy

Chương II: Quá trình công nghệ sửa chữa máy

Chương III: Công nghệ phục hồi chi tiết máy

Chương IV: Sửa chữa các chi tiết máy và các cụm tổng thành tiêu biểu của máy xây dựng

- xếp dỡ

Chương V: Tính toán thiết kế xí nghiệp sửa chữa máy xây dựng - xếp dỡ

Giáo trình được sử dụng cho việc giảng dạy và học tập chuyên ngành máy xây dựng - xếp

dỡ, ngoài ra cũng có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho cán bộ, giáo viên và sinh viên ngành cơ khí giao thông

Trong điều kiện thời gian và tài liệu tham khảo có hạn, nên trong lần tái bản có sửa chữa

bổ sung này chắc không tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi chân thành được tiếp thu các ý kiến đóng góp của toàn thể bạn đọc

Xin chân thành cảm ơn

Tác giả PGS.TS NGUYỄN ĐĂNG ĐIỆM

4

B - CÁC THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ VÀ GIÁO TRÌNH

1 Họ và tên tác giả : Nguyễn Đăng Điệm

2 Chức danh – Học vị : Phó Giáo Sư – Tiến Sỹ

4 Cơ quan công tác : Trường Đại học Giao thông Vận tải

5 Địa chỉ Email : nddiem@uct.edu.vn

6 Phạm vi và đối tượng sử dụng giáo trình: Các bạn đọc thuộc chuyên ngành Máy xây dựng – xếp dỡ, đặc biệt là những người trực tiếp làm công tác bảo dưỡng – Sửa chữa máy và thiết kế xưởng cơ khí sửa chữa máy

7 Ngành học, trường đào tạo: Chuyên ngành Máy xây dựng – Xếp dỡ, trường Đại học Giao thông Vận tải

8 Môn học cần học trước: Môn Cấu tạo và sử dụng MXD – Xếp dỡ

9 Nhà Xuất bản: Giao thông Vận tải

Những khái niệm cơ bản về quá trình làm việc của máy xây dựng - xếp dỡ, về công tác bảo dưỡng và sửa chữa máy

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐẦU TƯ TRANG BỊ MÁY XÂY DỰNG - XẾP DỠ

VÀ CÔNG TÁC SỬA CHỮA XE MÁY Ở NƯỚC TA 1.1.1 Nhận xét chung về tình hình đầu tư trang thiết bị

ở nước ta hiện nay, công tác xây dựng cơ sở hạ tầng đang phát triển với tốc độ khá nhanh Nhiều công trình trọng điểm của Nhà nước về các lĩnh vực xây dựng cơ bản như xây dựng giao thông, xây dựng kiến trúc dân dụng, xây dựng công nghiệp, xây dựng thuỷ lợi v.v… đang được đầu tư một cách đáng kể Điều đó dẫn tới các phương tiện cơ giới thi công và các trang thiết bị xếp dỡ tăng lên rất nhiều Các máy móc thiết bị không những tăng nhanh về số lượng mà tăng

cả về chủng loại Trong những năm gần đây, ngoài những máy xây dựng và xếp dỡ mang tính thông dụng và truyền thống vẫn nhập từ Liên bang Nga, chúng ta còn đầu tư nhiều loại máy móc từ các nước tư bản khác Những máy móc này có nhiều tính ưu việt trong thi công như tính gọn nhẹ, độ bền cao, độ tin cậy làm việc lớn, năng suất và chất lượng sản phẩm cao v.v…, nhưng cũng có những khó khăn nhất định trong việc sử dụng và quản lý các loại máy móc thiết

bị đó Điều này thể hiện rõ ở chỗ máy móc thi công và xếp dỡ của nước ta hiện nay rất đa dạng, số chủng loại quá lớn Qua điều tra thấy rằng các máy móc của ta hiện nay bao gồm trên

350 chủng loại khác nhau Chính điều này gây một trở ngại lớn cho việc tổ chức sửa chữa xe máy theo hình thức công nghiệp và hiện đại hóa như sửa chữa theo hình thức chuyên môn hóa,

sử dụng các thiết bị chuyên dùng cho công tác sửa chữa, nhập vật tư phụ tùng thay thế v.v… Các loại máy xây dựng - xếp dỡ có thể phân ra theo từng nhóm với tỷ lệ như sau [5]:

• Nhóm máy làm đất và nền móng chiếm khoảng 15%

• Nhóm thiết bị vận chuyển chiếm khoảng 35%

• Nhóm thiết bị nâng chuyển - xếp dỡ chiếm 22%

• Nhóm máy làm đá chiếm khoảng 3%

• Nhóm máy làm bê tông và thi công bề mặt chiếm khoảng 25%

Một số thiết bị máy móc hiện đại có công suất lớn đã được đầu tư trong những năm qua như:

• Máy ủi với công suất lớn hơn 400 CV

• Cần trục tháp có mô men câu hàng ≥ 1000 Tm

6

công tác sửa chữa) phải được chú ý đúng mức thì mới phát huy hết hiệu quả của những tiềm năng to lớn đó

1.1.2 Tình hình quản lý công tác sửa chữa máy xây dựng - xếp dỡ

Ngành cơ khí sửa chữa ở nước ta hiện nay có những đặc điểm đáng chú ý như sau:

a) Trong điều kiện nền kinh tế thị trường, ngoài các nhà máy sửa chữa lớn và các doanh nghiệp Nhà nước thực hiện công tác sửa chữa xe-máy, thì các doanh nghiệp tư nhân (thậm chí các hợp tác xã, các trạm tư nhân) cũng đảm nhận việc sửa chữa và bảo dưỡng trang thiết bị Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho các đơn vị thi công đưa xe-máy đi sửa chữa được dễ dàng

và linh hoạt, nhưng cũng có những tồn tại sau đây:

• ở nhiều cơ sở sửa chữa, các tiêu chuẩn kỹ thuật, các qui định về chất lượng sửa chữa, qui trình qui phạm về sửa chữa không được ban hành, do vậy tại những nơi đó không có cơ sở để đánh giá và kiểm tra chất lượng sửa chữa

• Các trang thiết bị chuyên dùng và đặc biệt là các thiết bị đo, thiết bị kiểm tra còn thiếu, cho nên các thông số về chất lượng sửa chữa chủ yếu được đánh giá theo kinh nghiệm Điều này dẫn tới có tình trạng xe-máy sau khi sửa chữa làm việc với độ tin cậy không cao, thậm chí còn mất an toàn trong quá trình điều khiển máy

b) Các nhà máy và các doanh nghiệp Nhà nước về công tác sửa chữa hiện nay được xây dựng rải rác trong toàn quốc, chưa có một qui hoạch thống nhất, do vậy có tình trạng sau:

• Việc quản lý công tác sửa chữa còn phân tán cả về theo vùng lãnh thổ và theo các cơ quan hành chính quản lý, do vậy việc liên kết (về khâu kỹ thuật và công nghệ) không thể thực hiện được

• Việc chuyên môn hóa các nhà máy sửa chữa cũng vì lý do trên mà ở nước ta hiện nay vẫn không được chú ý đến, trong khi đó ở các nước tiên tiến việc chuyên môn hóa trong công nghiệp (trong đó có lĩnh vực cơ khí sửa chữa) được ứng dụng rất phổ biến vì nó đưa lại hiệu quả cao

1.1.3 Đánh giá về tiềm năng và đặc điểm của các nhà máy sửa chữa (các doanh nghiệp nhà nước) ở nước ta

• Về lực lượng và trình độ cán bộ, công nhân kỹ thuật ở các nhà máy cơ khí sửa chữa nhìn chung là khá mạnh [3] Số lượng cán bộ kỹ thuật và công nhân bậc cao trong các nhà máy chiếm tỷ lệ khá cao Các số liệu khảo sát cho thấy tỷ lệ cán bộ kỹ thuật so với tổng số công nhân kỹ thuật chiếm 13% (theo định mức cần 13-15%) Tỷ lệ thợ bậc cao (từ bậc 5 trở lên) chiếm 20-25% Bậc thợ bình quân đạt 3,8 (theo qui định mức chỉ cần đạt 3,5)

• Kiến trúc xây dựng và bố trí mặt bằng sửa chữa ở các nhà máy được đánh giá rõ nét thông qua các tài liệu [3], [5], cụ thể là: Trong số các nhà máy cơ khí sửa chữa hiện nay đang hoạt động, chỉ một số ít có xây dựng kiến trúc theo thiết kế định hình, bảo đảm đúng qui cách nhà công nghiệp về độ cao, về khẩu độ nhịp nhà, kết cấu vì kèo v.v… Số còn lại không bảo đảm tiêu chuẩn về kết cấu của một nhà xưởng Điều này ảnh hưởng lớn tới việc bố trí các thiết

bị nâng chuyển, bố trí mặt bằng sửa chữa, lắp đặt các thiết bị máy móc công nghệ

• Bố cục mặt bằng của nhà máy còn thể hiện sự bất hợp lý, không tuân thủ theo nguyên tắc thiết kế xưởng Các nhà xưởng được bố trí rải rác phân tán, không những không kinh tế về mặt xây dựng mà còn không hợp lý về tính công nghệ trong qui trình sửa chữa Mặt bằng trong nhà xưởng sửa chữa được bố trí chưa hợp lý về trình tự công nghệ, chưa bảo đảm các qui định về

vệ sinh công nghiệp và bảo vệ môi trường

• Trang thiết bị công nghệ phục vụ sửa chữa Trong giai đoạn hiện nay ở nước ta đã được đầu tư khá mạnh về trang thiết bị công nghệ cơ khí, nhưng nhìn chung các công nghệ được đầu

tư và nhập vào nước ta chủ yếu thuộc lĩnh vực chế tạo hàng tiêu dùng hoặc lắp ráp, còn đối với lĩnh vực cơ khí sửa chữa thì vẫn chưa được cải thiện nhiều Các máy móc công nghệ sửa chữa không đồng bộ Các nhà máy được trang bị hầu hết bằng các thiết bị lẻ, ít có máy móc chuyên dùng và hiện đại Đặc biệt là các thiết bị kiểm tra, thiết bị đo còn thiếu và kém hiện đại Điều đáng chú ý là các trang thiết bị hiện nay ở các nhà máy cơ khí sửa chữa phần đa là những thiết

bị cũ Trong khi đó, như phần đầu đã trình bày: các máy móc thi công, máy xây dựng và xếp

dỡ thì hiện tại đã được nhập vào nhiều loại tối tân và hiện đại Trên đây là những điều đáng để chúng ta phải quan tâm

1.1.4 Tổ chức và điều hành công tác sửa chữa trong các nhà máy cơ khí sửa chữa ở nước ta

So với các nước công nghiệp tiên tiến, việc tổ chức và điều hành công tác sửa chữa ở nước

ta còn có những khác biệt đáng chú ý ở các nước, trong các lĩnh vực sản xuất nói chung và lĩnh vực cơ khí sửa chữa nói riêng, người ta áp dụng các hình thức tổ chức sản xuất tiên tiến như chuyên môn hóa, tập trung hóa, cơ giới hóa, tự động hóa, tổ chức sửa chữa theo dây chuyền, theo hình thức cụm - tổng thành v.v… Đó là những hình thức tổ chức sửa chữa có năng suất và chất lượng cao

Việc tổ chức và điều phối quá trình sửa chữa một xe - máy ở hầu hết các nhà máy cơ khí sửa chữa ở nước ta hiện nay chủ yếu theo sơ đồ như trên hình 1.1

Máy đưa vào sửa chữa

8

• Hình 1.1 Sơ đồ tổ chức sửa chữa máy xây dựng - xếp dỡ

tại các nhà máy cơ khí sửa chữa

Đối với nước ta, công tác tổ chức sửa chữa còn có nhiều yếu điểm Điều này xảy ra là do các nguyên nhân như đã trình bày ở trên: Công nghiệp cơ khí chưa phát triển đúng mức, trang thiết bị công nghệ còn thiếu và không đồng bộ, đối tượng sửa chữa (máy thi công - xếp dỡ) thì lại rất đa dạng, nhiều chủng loại Chính vì những hạn chế trên đây mà hiện nay trong các nhà máy cơ khí sửa chữa của ta công tác tổ chức và điều hành sản xuất còn phổ biến những tình trạng sau đây:

• Các nhà máy đều áp dụng hình thức tổ chức sửa chữa đơn chiếc Các tổ sản xuất hầu hết

là tổ vạn năng, các tổ này đảm nhận tất cả các công việc từ đầu đến cuối của cả quá trình sửa chữa một xe máy

• Vì mặt bằng nhà xưởng được bố trí chưa hợp lý, trang thiết bị công nghệ không đồng bộ, mặt khác các đối tượng sửa chữa thuộc nhiều chủng loại nên không thể áp dụng hình thức sửa chữa theo dây chuyền

• Các loại phụ tùng và đặc biệt là số lượng các cụm máy tổng thành để thay thế không đủ,

Sửa chữa các

bộ phận thông dụng của máy

Sửa chữa động cơ

Sửa chữa

bộ công tác

Sửa chữa gầm, cabin

Lắp ráp và chạy thử máy

Máy đã sửa chữa

Sửa chữa

hệ thống thuỷ lực

Sửa chữa

hệ thống nhiên liệu

Sửa chữa

hệ thống điện

Sửa chữa các bộ phận đặc chủng

do vậy hình thức sửa chữa cụm - tổng thành khó được áp dụng

• Sự điều phối các công việc sửa chữa, phân bổ các tổ, các nhóm phụ trách các công đoạn sửa chữa chưa theo hướng chuyên môn hóa Qui trình qui phạm sửa chữa hầu như không được chú ý tới trong quá trình sửa chữa

Với hình thức điều hành quá trình sửa chữa trên đây sẽ nảy sinh những nhược điểm sau:

• Các tổ sản xuất (hoặc các phân xưởng) đảm nhận sửa chữa nhiều bộ phận máy và cụm máy khác nhau, nên mức độ chuyên môn hóa không cao, dẫn tới năng suất và chất lượng sửa chữa bị hạn chế

• Mối liên quan công nghệ giữa các nhóm và các tổ chức không được quan tâm, do vậy không có sự ràng buộc trách nhiệm về thời gian, về tiến độ và kỹ thuật sửa chữa giữa các tổ với nhau

• Việc kiểm tra chất lượng của các công đoạn sửa chữa, chất lượng sửa chữa của các cụm máy rất khó thực hiện

Trên đây là một số nhận xét tổng quát về lĩnh vực sửa chữa xe - máy nói chung và sửa chữa máy xây dựng - xếp dỡ nói riêng Đây là những số liệu giúp ta có cơ sở khoa học để đánh giá so sánh những điểm mạnh, điểm yếu của công tác cơ giới hoá xây dựng ở nước ta trong giai đoạn hiện nay, từ đó có biện pháp nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng, khai thác và sửa chữa máy xây dựng - xếp dỡ ở nước ta

1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN VỀ SỬA CHỮA MÁY

1.2.1 Khả năng làm việc của máyKhả năng làm việc của máy là trạng thái của máy, mà trong đó chúng còn có khả năng hoàn thành các nhiệm vụ và chức năng đã định, đạt các thông số kỹ thuật theo yêu cầu qui định Các thông số kỹ thuật của máy có thể là: công suất động cơ, năng suất khai thác, sản lượng khai thác của máy, chất lượng sản phẩm, mức tiêu hao nhiên liệu v.v…

1.2.2 Sửa chữa máy

Sửa chữa máy là quá trình thực hiện các công việc cần thiết nhằm mục đích khắc phục những hư hỏng (những khuyết tật) của máy (hoặc của các thành phần riêng biệt của máy) để phục hồi lại khả năng làm việc của nó

Công tác sửa chữa máy được tiến hành tại các xí nghiệp sửa chữa Những xí nghiệp này thực hiện việc phục hồi sửa chữa các cụm máy và chi tiết máy đã bị giảm khả năng làm việc nhưng vẫn còn có thể phục hồi lại thành những chi tiết máy hoàn chỉnh

Khác với công nghệ chế tạo máy, lĩnh vực sửa chữa bao gồm một số công đoạn đặc thù như: tháo, rửa, kiểm tra và phân loại, phục hồi các thành phần kết cấu của máy

1.2.3 Sản lượng

Sản lượng của máy có thể là thời gian làm việc của máy hoặc khối lượng công việc do máy làm ra Sản lượng của máy được đo bằng giờ - máy, kilômét, m3, m2, tấn v.v…

1.2.4 Tính không hỏng

Trạng thái giới hạn của máy được xác định bằng triệu chứng là máy giảm khả năng khai thác, giảm hiệu quả hoạt động hoặc vi phạm các yêu cầu về an toàn trong khi làm việc Trong thực tế khai thác, trạng thái giới hạn của máy được xác định thông qua giá trị biên của các thông số khai thác

1.3 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KẾT CẤU MÁY, VỀ ĐẶC TÍNH VẬN HÀNH CỦA MÁY

1.3.1 Các thành phần cấu thành của máy

Người ta phân biệt hai nhóm thành phần cấu thành của máy như sau:

Nhóm thứ nhất: Các thành phần kết cấu Nhóm thứ hai: Các thành phần phi kết cấu Các thành phần kết cấu là tất cả các chi tiết riêng biệt được lắp ghép với nhau tạo thành máy, ví dụ như: khung, thân máy, các trục, các bánh răng, vòng bạc, bulông, đai ốc, chốt v.v… Các thành phần phi kết cấu là những yếu tố tạo nên mối liên kết cần thiết và tạo nên sự hoạt động bình thường của tất cả các thành phần kết cấu trong quá trình làm việc của máy Các thành phần phi kết cấu bao gồm: Lắp ráp, điều chỉnh, bôi trơn v.v…

Hai nhóm thành phần trên đây tạo nên cái gọi là "giá trị" của máy

Giá trị của máy là một đại lượng tương đối "trìu tượng" và nó được hiểu là tiềm năng của máy có thể thực hiện được chức năng của mình đạt mức yêu cầu qui định với độ sai lệch trong giới hạn cho phép về chất lượng, về tính kinh tế trong suốt cả thời hạn phục vụ của máy

Giá trị của máy (Em) trong môi trường khai thác chính là một hàm số của thời gian sử dụng máy, tức là Em = F(t) và giá trị này phụ thuộc vào trạng thái của các nhóm thành phần cấu thành của máy

Giá trị của máy cũng được coi bao gồm 2 phần: Một phần đặc trưng cho giá trị của tất cả các phần tử kết cấu, còn một phần nữa đặc trưng cho giá trị của tất cả các phần tử phi kết cấu,

hay nói cách khác giá trị của máy được biểu thị bằng biểu thức sau đây:

∑ε +∑

= s

1 z 1 j i

Trong đó:

∑εi - Giá trị tổng cộng của tất cả các thành phần kết cấu i;

∑Gj- Giá trị tổng cộng của tất cả các thành phần phi kết cấu j

Việc đưa ra khái niệm về giá trị của máy cho phép phân tích được trạng thái chung của máy trong quá trình vận hành và khai thác, theo dõi được sự thay đổi của trạng thái đó từ giai

đoạn đầu đến giai đoạn cuối của quá trình sử dụng máy

Với khái niệm về giá trị của máy, tất cả các máy móc có thể chia ra 6 nhóm, các nhóm này khác nhau bởi sự thay đổi các yếu tố cấu thành giá trị của máy

Nhóm I: Là những máy có giá trị rất cao, có thể sử dụng trong suốt thời hạn phục vụ của

máy mà không cần bảo dưỡng kỹ thuật, cũng không cần sửa chữa (Hình 1.2a)

Nhóm II: Là những máy có giá trị cao, có thể sử dụng trong suốt thời hạn phục vụ của máy

không cần phải thay thế một thành phần kết cấu nào của máy, nhưng trong điều kiện có sửa

chữa định kỳ vì do các thông số lắp ráp và điều chỉnh bị thay đổi và có sự thay đổi hình dáng kích

thước của các thành phần kết cấu (Hình 1.2b)

Nhóm III: Là những máy có giá trị thấp hơn, có thể sử dụng trong suốt thời hạn phục vụ

của máy không cần phải thay thế một thành phần kết cấu nào của máy, nhưng trong điều kiện

không những có sửa chữa định kỳ mà còn có cả bảo dưỡng kỹ thuật định kỳ (Hình 1.2c)

Nhóm IV: Là những máy có giá trị thấp hơn nữa, được sử dụng trong suốt thời hạn phục vụ

của máy với điều kiện phải tiến hành sửa chữa định kỳ kèm theo phải thay thế một số thành

phần kết cấu đồng thời phải tiến hành bảo dưỡng kỹ thuật định kỳ (Hình 1.2d)

Nhóm V: Là những máy có giá trị thấp hơn, chỉ được sử dụng trong suốt thời hạn phục vụ

với điều kiện phải tiến hành bảo dưỡng kỹ thuật định kỳ và sửa chữa định kỳ, kèm theo phải

thay thế một số các thành phần kết cấu của máy theo chu kỳ Chu kỳ đó có thể trùng với chu

kỳ sửa chữa hoặc cũng có thể trùng với chu kỳ bảo dưỡng kỹ thuật Đa số các máy móc thiết bị

hiện đang được sử dụng là thuộc nhóm này (Hình 1.2e)

Nhóm VI: Là những máy có thể được sử dụng trong suốt thời hạn phục vụ của máy với

hình thức phải thay thế định kỳ các thành phần kết cấu và tiến hành xử lý (phục hồi) các thành

phần phi kết cấu, nhưng việc thay thế các thành phần kết cấu và xử lý phục hồi các thành phần

phi kết cấu của máy được thực hiện một cách trình tự theo phương pháp sửa chữa thay thế cụm

12

Các đồ thị này biểu thị sự thay đổi trạng thái của máy trong thời kỳ vận hành Sự thay đổi

đó xảy ra do sự tác động của tải trọng trong khi làm việc, vận chuyển, bảo quản và của tất cả các biện pháp bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa Giá trị ban đầu của máy thuộc mỗi nhóm được xem xét ở trên bằng tổng giá trị của tất cả các thành phần kết cấu và phi kết cấu

Các máy thuộc nhóm II, III, IV, V và VI có giá trị thấp hơn so với máy nhóm I và người

sử dụng cần phải tiến hành bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa để bảo toàn thời hạn phục vụ của chúng

Tại mỗi thời kỳ sử dụng máy, giá trị còn lại của máy được xác định bằng tung độ giữa đường thẳng phía trên giới hạn sự thay đổi giá trị của các thành phần kết cấu và đường thẳng phía dưới giới hạn giá trị của các thành phần phi kết cấu của máy

Tung độ BA trên tất cả các đồ thị (Hình 1.2) biểu thị giá trị tổng cộng ban đầu của máy, cần thiết cho việc bảo đảm khả năng làm việc của máy trong thời hạn phục vụ của nó

Hình 1.2 Các thành phần cấu thành giá trị của máy

và sự thay đổi của chúng trong quá trình máy hoạt động a) Máy thuộc nhóm I, b) Máy thuộc nhóm II, c) Máy thuộc nhóm III,

d) Máy thuộc nhóm IV, e) Máy thuộc nhóm V

Δt 1 , Δt 2 , Δt 3 - Các chu kỳ sửa chữa máy; Δt 1,1 , Δt 1.2 , , Δt 3.2 - Các chu kỳ bảo dưỡng kỹ thuật máy; δt 1 , δt 2 , δt 3 - Chu kỳ thay thế các thành phần kết cấu i trùng với chu kỳ sửa chữa; δt 1,1 ,

δt 1,2 , , δt 3,2 - Chu kỳ thay thế các thành phần kết cấu i trùng với chu kỳ bảo dưỡng kỹ thuật

1.3.2 Các hệ số đặc trưng cho kết cấu của máy

i b

b) Hệ số ổn định lắp ráp, điều chỉnh và bôi trơn (F ođ )

Hệ số ổn định lắp ráp, điều chỉnh và bôi trơn cũng là một thông số đánh giá khách quan về

độ hoàn thiện kết cấu và công nghệ chế tạo máy Sự đánh giá này cũng không kém phần quan

trọng đối với người sử dụng máy Hệ số đề cập tới tính ổn định của hình dáng và kích thước

của các thành phần kết cấu được sửa chữa

Hệ số ổn định điều chỉnh máy Fođ đặc trưng cho khối lượng công việc cần chi phí trong bảo dưỡng kỹ thuật, trong sửa chữa máy và mức độ lặp lại những công việc đó trong suốt thời

hạn phục vụ của máy Hệ số này được xác định bằng tỷ số giữa giá trị ban đầu ∑Gi của các

thành phần phi kết cấu của máy so với giá trị tổng cộng ∑njGj của tất cả các thành phần phi kết

cấu có kể đến số lần BDKT và sửa chữa máy, nhằm bảo đảm khả năng làm việc của máy trong

suốt thời hạn phục vụ của nó

∑ ∑

=

j j

j oñ

Gn

nj - Số lần BDKT và sửa chữa máy trong suốt thời hạn phục vụ của nó

Hệ số ổn định điều chỉnh của đa số máy hiện nay thường có giá trị rất nhỏ Ví dụ như đối với máy kéo, hệ số này chỉ nhỏ hơn hoặc bằng 0,01

c) Hệ số tuổi thọ (F tt )

Hệ số tuổi thọ Ftt cho ta sự đánh giá tổng hợp đối với một chiếc máy dựa trên giá trị của tất

cả các thành phần kết cấu và phi kết cấu của máy trong suốt thời hạn phục vụ Hệ số này biểu

thị tỷ lệ khối lượng và mức độ lặp lại công việc thay thế các thành phần kết cấu và việc xử lý

phục hồi các thành phần phi kết cấu Hệ số tuổi thọ Ftt được xác định theo biểu thức sau:

∑

∑ ε +

=

j j i

i

m tt

Gnn

E

Ftt - Hệ số tuổi thọ của máy;

Em - Giá trị của máy;

∑niεi - Tổng giá trị của các thành phần kết cấu của máy có kể đến số lần thay thế các thành phần đó;

∑njGj - Tổng giá trị của các thành phần phi kết cấu của máy có kể đến số lần BDKT và sửa chữa máy

Đối với nhóm máy I hệ số này bằng 1,0; đối với nhóm máy II bằng 0,627; đối với nhóm máy III bằng 0,438; đối với nhóm máy IV bằng 0,378; đối với nhóm máy V bằng 0,311 và đối với nhóm máy VI bằng 0,282

Đối với người sử dụng máy thì một điều rất quan trọng là trong quá trình BDKT và sửa máy cũng như khi thay thế các chi tiết bị hỏng ít phát sinh những công việc phụ trợ, tức là họ gặp những máy có chi phí nhỏ nhất về vật tư, về năng lượng và công lao động cho việc tháo dỡ các chi tiết phải thay thế và việc tẩy bỏ những thành phần phi kết cấu cần xử lý (ví dụ như tẩy rửa cặn bẩn của chất bôi trơn ra khỏi các rãnh, các lỗ hoặc các bề mặt phức tạp của các thành phần kết cấu)

Xuất phát từ các chi phí phát sinh liên quan tới khối lượng những công việc phụ trợ (tháo, rửa v.v…) trong quá trình BDKT, sửa chữa hoặc thay thế các thành phần kết cấu của máy, ta đi đến sự đánh giá định lượng về tính hợp lý sửa chữa của máy thông qua hệ số về tính hợp lý sửa chữa

∑ ∑+ ∑

=

tb tb

tb sc

gC

C

Trong đó:

Ctb - Là chi phí trung bình về công lao động, năng lượng, vật tư, phụ tùng

gtb - Là trị số trung bình về chi phí phát sinh tương ứng với khối lượng các công việc phụ trợ trong BDKT và sửa chữa máy

Đối với máy kéo, hệ số Fsc không vượt quá 0,60 - 0,65

1.3.3 Các đặc tính vận hành của máyĐối với mỗi một chiếc máy, có nhiều thông số kỹ thuật đặc trưng cho chất lượng vận hành của nó Nhưng trong thực tế, người ta thường chú ý nhất đến hai thông số điển hình của máy là: Khả năng làm việc và độ tin cậy

• Về phương diện định lượng, khả năng làm việc của máy có thể được đánh giá bằng tính hiệu quả của việc hoàn thành các công việc do máy thực hiện thông qua năng suất và giá thành

vật liệu bôi trơn tăng, chất lượng công việc sút kém v.v… Chất lượng vận hành của máy giảm

chứng tỏ đã xuất hiện các khuyết tật trong máy, do vậy chế độ làm việc bình thường của máy

đã bị xâm phạm Khuyết tật của các chi tiết máy hoặc của các thành phần máy được thể hiện

bởi độ sai lệch của các thông số kỹ thuật so với trị số ban đầu của chúng như: Kích thước, hình

dáng, tính chất cơ lý, độ bóng bề mặt, chất lượng bôi trơn v.v…

Sự xuất hiện và phát triển các khuyết tật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Độ hoàn thiện của kết cấu, công nghệ chế tạo, các điều kiện vận hành máy Thông thường sự xuất hiện khuyết

tật ở trong máy xảy ra rất chậm và hầu như không ảnh hưởng tức thời đến khả năng làm việc

của máy Quá trình thay đổi các thông số kỹ thuật của máy được coi là sự việc bình thường và

tự nhiên Tuy vậy, trong một số điều kiện làm việc của máy, các khuyết tật xuất hiện và phát

triển nhanh, các trị số định lượng của chúng chỉ sau một thời gian ngắn đã đạt tới giá trị giới

hạn và khả năng làm việc của máy bị giảm một cách nhanh chóng, thậm chí dẫn đến tình trạng

máy bị ngừng hoạt động đột ngột Như vậy đối với người sử dụng, một điều rất quan trọng là

cần đánh giá chất lượng máy theo tính ổn định của nó đối với sự hoạt động bình thường và lâu

dài theo các thông số kỹ thuật đã định Sự đánh giá đó được thể hiện thông qua độ tin cậy của

máy

• Độ tin cậy của máy chính là tính chất của máy thực hiện và hoàn thành được chức năng

đã định bảo đảm các thông số vận hành với giới hạn sai số cho phép trong quãng thời gian yêu

cầu hoặc sản lượng khai thác yêu cầu

Độ tin cậy của máy cũng được xác định bằng tính hoàn thiện của kết cấu, bằng công nghệ chế tạo và phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện vận hành Đối với các máy đã được sửa chữa,

độ tin cậy của máy phụ thuộc cơ bản vào chất lượng sửa chữa và điều kiện vận hành

Một số thông số được đặt ra để đánh giá độ tin cậy của máy: Sản lượng khai thác của máy đến khi máy hỏng, xác suất về tính không hỏng của máy, cường độ hỏng hóc, hệ số sử dụng kỹ

thuật, hệ số sẵn sàng v.v…

• Sản lượng khai thác của máy đến khi máy hỏng là trị số sản lượng trung bình của máy được tính từ khi đưa máy vào khai thác sau khi sửa chữa đến lần máy bị hỏng tiếp theo (hay

nói cách khác là sản lượng máy khai thác được giữa các lần máy hỏng)

• Xác suất về tính không hỏng của máy là xác suất trong quãng thời gian định trước hoặc bởi một giá trị sản lượng định trước, máy làm việc không có hỏng hóc

N

m)A(

Trong đó:

P(A) - Xác suất xuất hiện sự kiện hỏng hóc A trong quãng thời gian khảo sát;

m - Tần suất xuất hiện sự kiện hỏng hóc A trong số lần tiến hành thí nghiệm khảo sát;

N - Tổng số lần tiến hành khảo sát

=

Trong đó:

λ - Cường độ hỏng hóc của trạm máy khảo sát;

N(t) - Số lượng máy làm việc tốt tại thời điểm t;

N(t + Δt) - Số lượng máy làm việc tốt tại thời điểm (t + Δt)

Trong điều kiện thực tế, việc đánh giá độ tin cậy của máy cũng có thể được thể hiện thông qua hệ số sử dụng kỹ thuật hoặc hệ số sẵn sàng của máy

• Hệ số sử dụng kỹ thuật Kkt là tỷ số giữa thời gian làm việc tổng cộng của máy Tlv tính đến khi máy hỏng so với tổng thời gian làm việc và thời gian chi phí cho việc bảo dưỡng kỹ

thuật Tbd và sửa chữa máy Tsc trong một giai đoạn vận hành:

sc bd lv

lv kt

TTT

TK

++

• Hệ số sẵn sàng kỹ thuật Kss của máy được xác định theo biểu thức sau:

sc lv

lv ss

TT

TK

+

Trong đó:

Tlv - Thời gian làm việc không hỏng trong một giai đoạn vận hành xác định;

Tbd, Tsc - Thời gian cần chi phí cho việc bảo dưỡng hoặc sửa chữa máy cũng trong giai đoạn vận hành đó

1.3.4 Độ hao mòn vật lý và độ hao mòn vô hình của máy

a- Độ hao mòn vật lý: Độ hao mòn vật lý của máy là kết quả về sự phá huỷ vật chất đối

với các thành phần của máy do đó nguyên nhân máy phải thỏa mãn các mục tiêu khai thác Độ

hao mòn vật lý có 2 loại: Loại thứ nhất xuất hiện trong quá trình khai thác, loại thứ hai xuất

hiện trong khi máy không hoạt động Lý do chính tạo nên độ hao mòn vật lý loại một chính là

tải trọng tác dụng lên các chi tiết và các thành phần của máy, còn nguyên nhân của độ hao mòn

vật lý loại hai là do han gỉ, do lão hóa của vật liệu, do sự phân bổ ứng suất dư trong chi tiết

Nói một cách khác, độ hao mòn vật lý được tổng hợp từ độ hao mòn của các thành phần kết

cấu và phi kết cấu

18

Người ta đánh giá định lượng độ hao mòn vật lý bằng phần trăm Độ hao mòn tối thiểu là 0% đối với các chi tiết mới, tối đa là 100% đối với những chi tiết không thể đưa vào sử dụng tiếp theo trong cấu thành của máy

Chi phí sửa chữa cần thiết để khắc phục độ hao mòn của máy (hoặc cụm máy) được coi là mức đo kinh tế của độ hao mòn vật lý Độ hao mòn vật lý được xác định theo công thức:

Δ+

Csc - Giá thành dự toán sửa chữa máy, tính bằng đồng;

Qb - Giá trị của máy tại thời điểm xác định độ hao mòn vật lý (khi xác định giá trị Qb cần phải kể đến sự ảnh hưởng của việc ra đời các loại máy mới có kết cấu hoàn thiện hơn), tính bằng đồng

Δ - Trị số ước lượng tương đối của độ hao mòn dư thêm Trị số này được xác định từ kinh nghiệm sửa chữa các loại máy tương tự, tính bằng %

Cần nhớ rằng thông số Qb biểu thị sự ảnh hưởng của tiến bộ kỹ thuật đến giá trị tái tạo của máy Điều này rất quan trọng khi đánh giá độ hao mòn vật lý của máy, vì vấn đề đặt ra là có nên sửa chữa những máy đang khai thác hay không, hay là hiệu quả hơn là nên thay máy mới

Rõ ràng rằng, khi mức đo ỏk đã đạt tới 100% thì tính hiệu quả của việc sửa chữa máy coi như không còn nữa

b- Độ hao mòn vô hình: Độ hao mòn vô hình chính là sự giảm giá trị của thiết bị kỹ thuật

đương thời do sự ảnh hưởng của tiến bộ khoa học kỹ thuật

Sự xuất hiện các máy mới có năng suất cao hơn mà giá thành chế tạo lại thấp hơn dẫn tới

sự giảm giá trị của những máy được chế tạo từ trước mà hiện tại đang đưa vào khai thác

Có hai dạng hao mòn vô hình của thiết bị kỹ thuật:

Hao mòn vô hình dạng thứ nhất - là sự giảm giá trị của máy hiện tại do việc người ta chế tạo máy mới có cùng kết cấu nhưng giá thành rẻ hơn

Hao mòn vô hình dạng thứ hai - là sự giảm giá trị của máy hiện tại do sự ra đời của máy mới có năng suất cao và hoàn thiện hơn

Với sự tăng nhanh của tiến bộ kỹ thuật, việc thay thế các máy móc thiết bị đương thời bằng máy mới có thể phải tiến hành sớm hơn so với hao mòn vật lý

Độ hao mòn vô hình được xác định bằng hệ số giảm giá trị của máy do tiến bộ của khoa học kỹ thuật và được biểu thị bằng công thức:

100Q

Trong đó:

ỏm - Mức đo độ hao mòn vô hình, được biểu thị bằng tỷ lệ % so với giá trị ban đầu của máy;

Q - Giá trị ban đầu của máy, tính bằng đồng;

Qb - Giá trị hiện tại của máy đã bị giảm so với giá trị ban đầu do sự ra đời của máy mới rẻ hơn và hoàn thiện hơn, tính bằng đồng

Độ hao mòn chung của máy được biểu thị:

αc = 100 - (100 - αk) (100 - αm), % (1.12) Trong đó:

αc - Độ hao mòn chung của máy tính theo tỷ lệ % so với giá trị ban đầu của nó;

Tích (100 - αk) (100 - αm) cho ta giá trị còn lại của máy tính theo tỷ lệ % so với giá trị ban đầu của nó

1.4 Ma sát và sự mài mòn chi tiết máy Đặc điểm của kết cấu máy là độ bền của các chi tiết khác nhau và bộ phận khác nhau sẽ không bằng nhau, do vậy thời hạn sử dụng máy được xác định bằng tiềm năng (khả năng chịu tải) của những phần tử chóng mòn nhất

Mỗi máy bất kỳ, trong suốt thời hạn phục vụ đều đòi hỏi phải được tiến hành nhiều lần sửa chữa Theo qui luật thì chu kỳ sửa chữa (thời gian làm việc của máy giữa 2 kỳ sửa chữa) của những máy đã bị sửa chữa bao giờ cũng nhỏ hơn chu kỳ sửa chữa của máy mới

và chu kỳ đó cứ giảm dần theo mức độ lão hóa của máy

Việc nâng cao chất lượng sửa chữa máy dựa trên cơ sở các qui luật của quá trình mài mòn các chi tiết máy giúp ta làm tăng khả năng làm việc của máy và tăng thời hạn phục vụ của máy

1.4.1 Các thuyết về ma sát

Sự hoạt động của nhiều cơ cấu có liên quan tới sự chuyển động tương đối của các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết và tạo nên ma sát trên các bề mặt đó Trong đa số các trường hợp, ma sát đều gây nên những chi phí vô ích về năng lượng đồng thời tạo nên sự mài mòn chi tiết máy

Ma sát phụ thuộc vào rất nhiều quá trình phức tạp xảy ra trên bề mặt chi tiết Để giải thích nguồn gốc của ma sát tồn tại nhiều giả thiết và cơ sở lý thuyết khác nhau Ta đi sâu vào một số thuyết sau đây:

1 Thuyết cơ học về ma sát

Các kết quả nghiên cứu về sự tác dụng tương hỗ cơ học có tính đàn hồi và không đàn hồi của độ nhấp nhô bề mặt xuất hiện khi các bề mặt tiếp xúc trượt lên nhau đã được đưa vào làm

cơ sở của thuyết này

Nhà Bác học Amaton (năm 1699) trên cơ sở thí nghiệm đã kết luận rằng lực ma sát F tỷ lệ thuận với lực tác dụng vuông góc lên bề mặt tiếp xúc mà không phụ thuộc vào các kích thước

bề mặt tiếp xúc của vật:

20

Trong đú:

Fms - Lực ma sát, N;

N - Lực tác dụng vuông góc lên bề mặt tiếp xúc N;

f- Hệ số ma sát, phụ thuộc vào chất lượng bề mặt tiếp xúc và tính chất của vật liệu;

Về sau, các công trình nghiên cứu của Culông (năm 1748) đã phát triển thêm các kết luận

cơ bản về thuyết cơ học của ma sát như sau:

1- Lực ma sát tỷ lệ thuận với lực pháp tuyến (lực tác dụng vuông góc với bề mặt tiếp xúc) 2- Lực ma sát không phụ thuộc vào kích thước của bề mặt tiếp xúc

3- Lực ma sát không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động tương đối của các vật tiếp xúc 4- Lực ma sát phụ thuộc vào tính chất của vật liệu và trạng thái các bề mặt tiếp xúc

Để xác định lực ma sát, ông đã đưa ra một công thức có kể đến độ bám của các bề mặt:

vẽ 1.3, nhưng thuyết đó không giải thích

được tại sao đối với những bề mặt rất

nhẵn, ma sát vẫn tăng mạnh và tại sao khi

bề mặt

Viện sỹ thông tấn thuộc Viện Hàm lâm khoa học Liên Xô (cũ) B.V Đeriagin (năm 1934)

đã phát triển thuyết này một cách hoàn chỉnh và kết luận rằng nguyên nhân của ma sát là do xuất hiện một trường lực phân tử ở gần vùng nhấp nhô của các bề mặt tiếp xúc và từ đó xuất hiện độ bám phân tử giữa các vật Lúc này công thức tính lực ma sát sẽ là:

Trong đó:

Hình 1.3 Sơ đồ lực tác dụng tương hỗ

của các bề mặt tiếp xúc a) Tác dụng cơ học; b) Tác dụng phân tử

Fms - Lực ma sát, N;

St - Diện tích tiếp xúc thực tế, m2;

P0 - Lực đơn vị của sự tác dụng tương hỗ phân tử, N/m2;

tS

N

P= - áp lực đơn vị, N/m2 Tuy vậy thuyết phân tử về ma sát cũng không giải thích được một số hiện tượng thực tế như sự phỏ huỷ cơ học của bề mặt ma sát, sự xâm thực tương hỗ và hiện tượng bám của các bề

mặt tiếp xúc

3 Thuyết cơ học - phân tử về ma sát

Bằng kết quả nghiên cứu của mình, giáo sư I.V.Craghenxki (năm 1946) đã kết luận rằng

ma sát có nguồn gốc hai mặt và có thể giải thích là: sự xuất hiện của ma sát một mặt do sự xâm

thực tương hỗ của các gờ nhấp nhô riêng biệt trên bề mặt, mặt khác do sự tác dụng của các lực

kéo phân tử của hai vật (Hình 1.3b)

Khi bề mặt có độ nhấp nhô lớn thì yếu tố cơ học đóng vai trò chính, còn sau khi đã làm trơn bề mặt rồi thì nguyên nhân của ma sát lại do yếu tố phân tử

Để xác định lực ma sát I.V.Craghenxki đã đưa ra biểu thức:

4 Thuyết năng lượng về ma sát

Ngoài các tuyến ma sát nêu trên, nhà bác học Nga A.Đ.Đubinhin còn đưa ra thuyết năng lượng ma sát Nội dung chính của thuyết này dựa trên cơ sở của các hiện tượng lý - hóa, từ đó

ông suy ra rằng: Các yếu tố liên quan tới ma sát thì có thể rất nhiều và chúng phụ thuộc vào

nhiều yếu tố khác nhau

Bản chất của thuyết này có thể tóm tắt như sau: Trong quá trình chuyển động của một vật tương đối so với một vật khác trong môi trường bị ảnh hưởng của các phân tử sẽ xảy ra sự biến

hóa không ngừng năng lượng chuyển động tịnh tiến của vật thành năng lượng chuyển động

dạng sóng dao động của các phần tử vật chất, từ đó sẽ xuất hiện các hiện tượng nhiệt, nhiệt -

điện, hiện tượng điện từ và các hiện tượng khác, gây nên khả năng bám dính giữa các bề mặt

tiếp xúc

1.4.2 Các dạng ma sát trong kỹ thuật

22

Đặc điểm và cường độ ma sát phụ thuộc vào trạng thái của bề mặt tiếp xúc và sẽ thay đổi rất nhiều nếu giữa những bề mặt tiếp xúc đó xuất hiện một lớp vật liệu bôi trơn

Phụ thuộc vào các điều kiện bôi trơn, trong kỹ thuật tồn tại các dạng ma sát sau:

1 Ma sát khô - là ma sát xuất hiện trong trường hợp khi các bề mặt tiếp xúc không bị phân

cách bởi lớp màng bôi trơn mà tiếp xúc trực tiếp với nhau Sự mài mòn của các chi tiết máy trong trường hợp ma sát khô xảy ra nhanh

2 Ma sát hạn chế - là ma sát xuất hiện khi các bề mặt được phân cách bởi một lớp màng

bôi trơn rất mỏng (bề dày nhỏ hơn 0,1 μm) Lớp màng mỏng này dễ bị cắt đứt và ma sát dễ bị chuyển sang dạng ma sát nửa khô

3 Ma sát nửa khô - là ma sát được đặc trưng bởi sự cắt đứt gián đoạn tương đối liên tục

của lớp màng bôi trơn, lúc đó phần bề mặt ma sát sẽ tiếp xúc với nhau trong điều kiện không

có bôi trơn Dạng ma sát này thường gặp khi máy bắt đầu chuyển động và khi ngừng máy

4 Ma sát nửa ướt - là ma sát thường xuất hiện khi các bề mặt ma sát được phân cách bởi

lớp bôi trơn không hoàn toàn (một phần nhỏ bề mặt ma sát vẫn tiếp xúc với nhau) Dạng ma sát này thường gặp trong quá trình làm việc của các trục chịu tải lớn mà có số vòng quay không cao hoặc trong điều kiện nhiệt độ cao Độ mòn của các chi tiết máy trong ma sát nửa ướt

sẽ nhỏ hơn trong ma sát nửa khô

5 Ma sát ướt - là ma sát xuất hiện khi các bề mặt ma sát được phân cách nhau hoàn toàn

bằng một lớp vật liệu bôi trơn và chúng không bao giờ tiếp xúc trực tiếp với nhau, trong trường hợp này độ mài mòn sẽ xảy ra chậm nhất

1.4.3 Các dạng mài mòn chi tiết

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ma sát được phân chia thành các loại như: cơ học, lý - hóa và điện Các dạng mài mòn khác nhau cũng phụ thuộc vào những hiện tượng khác nhau của các yếu tố ma sát

Sự mài mòn là quá trình phá hủy dần vật liệu của chi tiết máy, quá trình này xảy ra do ma sát hoặc do sự tiếp xúc của các thành phần máy móc với môi trường bên ngoài đồng thời kèm theo sự thay đổi tính chất của nó (độ cứng, độ dẻo, kết cấu, thành phần hóa học v.v…)

Độ mòn chính là kết quả của sự mài mòn diễn ra dưới dạng thay đổi kích thước và các thông số khác của chi tiết máy hoặc của các thành phần máy móc

Sự phân loại mài mòn được M.M.Khrusốp thể hiện trong 3 dạng sau: Cơ học, cơ - phân tử

và sự ăn mòn do hiện tượng gỉ - cơ học

1 - Trong dạng mài mòn cơ học, trên các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết máy xảy ra các hiện tượng cơ học thuần tuý: Hiện tượng cắt vật liệu, hiện tượng tróc của các phân tử (đây còn gọi là dạng mài mòn cơ học thuần tuý)

2 - Dạng mài mòn cơ - phân tử thường liên quan tới các hiện tượng dính bám phân tử của vật liệu trên các vùng riêng biệt của bề mặt ma sát kèm theo sự phá huỷ dần kim loại tại các vị trí dính bám đó Hay nói cách khác đây là hiện tượng mài mòn cơ học kèm theo các hiện tượng

vật lý (dạng mài mòn cơ-lý)

3 - Dạng ăn mòn do hiện tượng gỉ-cơ học được đặc trưng bởi sự tạo thành một màng ôxit

và các hợp chất hóa học trên bề mặt tiếp xúc kèm theo sự phá huỷ cơ học các bề mặt chi tiết

máy (đây là dạng mài mòn cơ - hóa)

Ngoài sự phân loại của Khrusốp, các nhà khoa học khác cũng đưa ra sự phân loại mài mòn theo các quan điểm của mình, nhưng chung qui lại đều dựa trên các hiện tượng tác dụng về cơ,

hóa và nhiệt

1.4.4 Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng tới sự mài mòn chi tiết máy

Quá trình mài mòn bề mặt chi tiết máy xảy ra rất phức tạp và nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Đối với những người làm công tác sửa chữa máy, việc hiểu biết về các yếu tố của sự

mài mòn và qui luật của nó có ý nghĩa rất lớn Điều đó có thể giúp họ chọn đúng phương pháp

phục hồi các chi tiết máy trong quá trình sửa chữa hoặc biết cách làm giảm tốc độ mài mòn

trong quá trình vận hành máy

Người ta phân chia các yếu tố ảnh hưởng tới sự mài mòn như sau:

áp lực đơn vị trên bề mặt ma sát

Độ cứng bề mặt chi tiết máy

Kết cấu của vật liệu

Chất lượng gia công bề mặt

• Tốc độ chuyển động tương đối của bề mặt này so với bề mặt khác của các chi tiết máy

• Điều kiện bôi trơn các bề mặt tiếp xúc

• Hình dáng và kích thước khe hở giữa các bề mặt chi tiết tiếp xúc nhau trong quá trình ma sát

1 Sự ảnh hưởng của áp lực đơn vị

Qua nghiên cứu người ta đưa ra kết luận như sau: Cùng với mức tăng của áp lực đơn vị, độ mòn chi tiết máy cũng tăng

• Trong điều kiện gần như ma sát khô, cường độ mài mòn tăng theo qui luật đường thẳng

so với mức tăng của áp lực đơn vị

p.cdt

- Do màng bôi trơn bị cắt đứt liên tục

- Do nhiệt độ chất bôi trơn tăng

24

Sự thay đổi áp lực đơn vị sẽ ảnh hưởng tới kích thước bề mặt tiếp xúc, tới độ sâu của lớp

kim loại tham gia trực tiếp vào quá trình ma

sát và tới cường độ biến dạng của kim loại Từ

đó suy ra rằng nếu áp lực đơn vị đạt tới trị số

giới hạn thì sẽ xảy ra sự thay đổi về chất của

các quá trình trên bề mặt ma sát và có thể sẽ

có sự chuyển đổi từ dạng mài mòn này sang

sạng mài mòn khác

2 Sự ảnh hưởng của độ cứng bề mặt chi tiết máy

Những kim loại và hợp kim có độ cứng cao hơn sẽ bị mài mòn chậm so với kim loại

mềm hơn, nhưng mối phụ thuộc này theo qui

luật đường cong (Hình 1.4)

Sở dĩ kim loại cứng có độ bền cao hơn là

do chúng có khả năng chống lại được sự tác dụng của các phần tử mài nghiền lọt vào giữa chúng Mặt khác, các kim loại cứng khi bị ma sát tác dụng không bị dẻo ra, ít bị biến dạng và ít

bị đốt nóng

3 Sự ảnh hưởng của cấu trúc kim loại

Người ta đã đưa ra kết luận rằng kim loại có độ bền mòn cao hơn là loại thép có cấu trúc hạt mịn, trong đó loại thép đã được tôi sẽ bị mòn ít Việt tăng hàm lượng cácbon trong thành phần của thép sẽ làm giảm độ mòn của nó (Hình 1.5)

Hình 1.5 ảnh hưởng của cấu trúc và hàm

lượng cácbon chứa trong thép tới độ bền mòn

của thép khi bị ma sát trượt

1 - Peclit; 2- Xoocbit; 3 - Trotít;

Hình 1.4 Quan hệ giữa độ mài mòn

của thép cácbon trong điều kiện

ma sát trượt và độ cứng của nó

i - Độ mài mòn; HB - Độ cứng Brinel

Các loại thép hợp kim có thành phần các nguyên tố niken, crôm, mănggan, môlipden và vônfram sẽ có độ bền mòn cao hơn, bởi vì các thành phần này cùng với cácbon sẽ tạo thành các hợp chất hóa học có độ cứng cao

4 Sự ảnh hưởng của chất lượng bề mặt ma sát

Chất lượng bề mặt ở đây được hiểu là tập hợp của các thông số hình học và các tính chất vật lý của lớp bề mặt vật liệu chế tạo ra chi tiết

Các thông số hình học được đặc trưng bởi: Độ nhấp nhô, độ lượn sóng, độ nhám Có tính chất vật lý thì được xác định bởi cấu trúc, độ cứng, chiều sâu lớp kim loại hóa cứng, ứng suất

dư, độ bền chịu nhiệt, khả năng tác dụng với dầu bôi trơn, sự tác dụng hóa học với axít v.v… Hình vẽ 1.6 cho ta biết rõ các loại bề mặt chi tiết

Kết quả của thực nghiệm nghiên cứu cho thấy rằng bề mặt có độ nhám càng thấp (độ nhẵn càng cao) thì quá trình mài mòn xảy ra càng chậm

5 ảnh hưởng của tốc độ di chuyển các bề mặt ma sát

Trong điều kiện ma sát khô, độ mài mòn của chi tiết tỷ lệ với quãng đường ma sát, có nghĩa là cùng trong một thời gian, chi tiết có tốc độ trượt lớn hơn sẽ dịch chuyển được một quãng đường dài hơn dẫn tới có độ mòn lớn hơn

Trong điều kiện ma sát ướt, nếu tốc độ trượt của các bề mặt càng lớn, lớp màng bôi trơn càng tồn tại tốt hơn, do vậy độ mòn của các bề mặt sẽ giảm

Tốc độ dịch chuyển của các bề mặt tiếp xúc có ảnh hưởng tới trạng thái của các bề mặt đó, bởi vì tốc độ đó luôn luôn có mối quan hệ với cường độ của quá trình tản nhiệt và mức độ đốt nóng chi tiết

Trong thực tế tồn tại một tốc độ dịch chuyển tới hạn của các bề mặt ma sát Giá trị tới hạn của tốc độ dịch chuyển là giá trị mà tại đó xảy ra sự chuyển đổi từ dạng mài mòn này sang dạng mài mòn khác Do vậy khi đánh giá các bề mặt ma sát trong quá trình sửa chữa chi tiết cần đề cập tới tốc độ làm việc của chi tiết

6 ảnh hưởng của điều kiện bôi trơn các bề mặt tiếp xúc

Để nâng cao tính chống mòn của chi tiết cần phải bảo đảm chất lượng bôi trơn và tạo sự bôi trơn liên tục trong quá trình các chi tiết máy làm việc Nếu thiếu bôi trơn (thậm chí chỉ trong một thời gian ngắn) sẽ làm tăng ma sát, tăng tốc độ mài mòn Việc bôi trơn cần phải tương ứng với điều kiện làm việc của máy móc và vật liệu bôi trơn phải có tính chất hóa - lý nhất định thì mới có tác dụng tốt với việc chống mòn

Để có được loại dầu bôi trơn chất lượng cao, người ta đã ứng dụng các chất phụ gia trong quá trình chưng cất pha chế dầu như: chất phụ gia chống axít, chất phụ gia chống gỉ, chất phụ gia có tác dụng tẩy rửa v.v…

Việc giảm chất lượng bôi trơn phụ thuộc rất lớn vào điều kiện vận hành máy và chất lượng bảo dưỡng chúng Các hiện tượng như: sự quá tải của động cơ, máy phải khởi động liên tục, máy làm việc ở nhiệt độ quá thấp của nước làm mát, sự đối lưu dầu trong các te không tốt, thay

26

dầu mỡ bôi trơn không đúng kỳ hạn v.v… đều là những nguyên nhân cơ bản làm giảm chất lượng bôi trơn Do vậy vấn đề bảo đảm chất lượng của việc bôi trơn và tạo ra quá trình hoạt động bình thường của hệ thống bôi trơn trong máy cần phải được chú ý không những trong khi sửa chữa máy mà cả khi vận hành máy

7 Sự ảnh hưởng của hình dáng và kích thước khe hở giữa các bề mặt ma sát

Như đã nói ở trên, ma sát ướt là điều kiện tốt nhất làm giảm sự mài mòn các chi tiết trong quá trình làm việc Trong điều kiện này, các chi tiết trục coi như được tựa trên một gối đệm bằng dầu bôi trơn Lớp dầu bôi trơn này có khả năng chịu tải, có nghĩa là trong những điều kiện nhất định, mặc dù tải trọng tác dụng lên chi tiết tương đối lớn thì vẫn có khả năng tồn tại một hiện tượng "nổi" của chi tiết trục trên lớp dầu bôi trơn trong ổ đỡ Kết quả nghiên cứu đã đưa ra kết luận rằng khi một trục có hình dáng hình học đúng đắn quay trong một ổ đỡ trượt cũng có hình dạng hình học đúng đắn và tạo với ổ đỡ một khe hở là S thì vị trí của trục sẽ phụ thuộc vào tải trọng, độ nhớt của dầu bôi trơn, kích thước của trục và ổ đỡ và cuối cùng là phụ thuộc vào tần số quay của trục

Bản chất hiện tượng "nổi" của một chi tiết trục nêu trên được giải thích như sau: Khi n = 0, trục sẽ tựa trực tiếp trên ổ đỡ (Hình 1.7a) Từ

thời điểm bắt đầu quay và trong khi tần số

quay tăng dần trục sẽ được lớp dầu bôi trơn

trong ổ đỡ nâng lên dần và đồng thời đẩy

dịch về phía quay của nó Đến khi tần số

quay đạt đến một giá trị xác định thì trục

mang tải sẽ được nổi lên ở trong ổ đỡ, lúc

này các bề mặt ma sát được

cách ly nhau bởi một lớp dầu bôi trơn (Hình

1.7b) Tâm của trục khi bắt đầu quay sẽ vẽ

lên một đường cong gần giống nửa vòng tròn

Đến lúc tần số quay tăng đến vô cùng (điều

kiện giả thiết) thì tâm của trục và ổ đỡ về

phương diện lý thuyết là phải trùng nhau

Cũng cần chú ý rằng độ sai lệch về hình dáng hình học của tiết diện cổ trục và ổ đỡ sẽ làm giảm khả năng chịu tải của dầu bôi trơn Thí

dụ như hình 1.8 cho ta thấy rõ trường hợp bán kính cong cục bộ của ổ đỡ R nhỏ hơn bán kính cong R' của bề mặt cổ trục Trong trường hợp này sự co thắt dần của khe hở giữa các bề mặt tiếp xúc theo chiều quay của trục sẽ không tạo nên được khả năng nêm của dầu bôi trơn Hiện tượng này cũng thường xảy ra trong trường hợp bề mặt tiếp xúc của trục và ổ đỡ có các vết lồi lõm hoặc các vết nhấp nhô Các vết này tạo nên độ co thắt đột ngột trong khe hở giữa trục và ổ

Hình 1.8 Sơ đồ tác dụng của lớp dầu bôi trơn

trong trường hợp mặt cắt ngang của trục

và ổ đỡ tạo thành hình ô van (R < R')

K - Tải trọng trên trục; R - Bán kính cục bộ

của ổ đỡ; R' - Bán kính cục bộ của bề mặt

cổ trục

Hình 1.9 Sơ đồ tác dụng của lớp dầu bôi trơn

trong trường hợp trên bề mặt chi tiết

có vết lồi lõm K- Tải trọng trên trục; a- Vùng tăng áp lực của lớp dầu bôi trơn; b- Vùng giảm áp lực (tại đây khả năng chịu tải của dầu bôi trơn

bị giảm)

1.5 ĐỘ MÒN CHO PHÉP VÀ ĐỘ MÒN GIỚI HẠN

1.5.1 Giới thiệu chung

Trước hết chúng ta cần phân biệt 3 loại kích thước của chi tiết máy: Kích thước danh nghĩa, kích thước cho phép và kích thước giới hạn

• Kích thước danh nghĩa là kích thước tương ứng với kích thước thiết kế được thể hiện trên bản vẽ

• Kích thước cho phép là kích thước hiện tại của chi tiết máy mà nếu lắp ráp tiếp chi tiết

đó vào máy không cần sửa chữa, thì chi tiết vẫn làm việc bình thường trong suốt một chu kỳ sửa chữa tiếp theo (chu kỳ sửa chữa là thời gian làm việc của máy giữa 2 lần sửa chữa)

• Kích thước giới hạn là kích thước thanh lý đối với chi tiết máy Khi một chi tiết máy đã đạt tới kích thước giới hạn thì không thể sử dụng nó được nữa, muốn sử dụng tiếp phải phục hồi hoặc sửa chữa chi tiết đó

Tương ứng với các khái niệm trên, ta cũng có các khái niệm về độ mòn: Độ mòn cho phép

và độ mòn giới hạn Về bản chất, ta có thể hiểu độ mòn cho phép và độ mòn giới hạn là hiệu số giữa kích thước danh nghĩa với kích thước cho phép và với kích thước giới hạn

Độ mòn giới hạn của chi tiết máy được xác định dựa vào độ bền của chi tiết, vào đặc tính

và trị số tải trọng tác dụng lên chi tiết, vào điều kiện ma sát, điều kiện tác dụng nhiệt và tính chất bề mặt ma sát

Để xác định độ mòn giới hạn của chi tiết máy người ta sử dụng các kết quả nghiên cứu thực nghiệm, các kết luận về lý thuyết và các phương pháp thống kê toán học

Nếu biết được trị số kích thước giới hạn hoặc độ mòn giới hạn của chi tiết máy thì có thể

dễ dàng xác định được kích thước cho phép hoặc độ mòn cho phép của chi tiết đó Trị số của

độ mòn giới hạn và kích thước giới hạn được trình bày trong giáo trình "Cơ sở kỹ thuật sửa

28

chữa máy thi công - xếp dỡ"

1.5.2 Phương pháp giải tích để xác định khe hở giới hạn của mối ghép trục - ổ trượt

Theo thuyết thủy động học của dầu bôi trơn, trị số tối thiểu của lớp dầu bôi trơn trong mối ghép trục - ổ trượt vẫn bảo đảm điều kiện ma sát ướt được xác định như sau:

NSC36,18

ndh

2 min

S - Khe hở (hiệu số giữa đường kính ổ đỡ và trục), m;

(1.19)

Trong đó:

l - Chiều dài ổ trượt, m

Lực ma sát tác dụng trên lớp dầu bôi trơn phụ thuộc vào độ dịch chuyển của tâm trục so với tâm ổ

đỡ Độ dịch chuyển này được đặc trưng bởi độ lệch

tâm tương đối (λ):

S

e

=

tức là được đặc trưng bởi tỷ số giữa độ lệch tâm tuyệt đối e và nửa khe hở S (Hình 1.10)

Các số liệu đặc trưng cho mối quan hệ có tính qui luật giữa trị số của ma sát (U) và giá trị của độ lệch tâm tương đối (λ) trong ổ trượt có dầu bôi trơn là:

U 2,47 2,22 2,08 2,05 2,09 2,17 2,31 2,61 2,67 Trị số tương đối U phản ánh giá trị định tính của ma sát trong lớp dầu bôi trơn Giá trị nhỏ nhất của ma sát trong lớp dầu đó (Umin) ứng với trị số λ = 0,5 Từ hình 1.10 suy ra rằng:

Hình 1.10 Sơ đồ của một trục quay

lệch tâm trong một ổ đỡ trượt

R - Bán kính ổ đỡ; r - Bán kính trục;

e - Độ lệch tâm tuyệt đối; h min - Khe hở khi ma sát bé nhất; ϕa , ϕ, β - Các góc phụ; K - Tải trọng đơn vị

S2

S2

(1.21)

Trong đó: Sh - Giá trị hợp lý nhất của khe hở giữa trục và ổ trượt

Khi he hở trong mối ghép giảm đến giá trị hmin và bằng tổng giá trị của độ nhấp nhô bề mặt trục và ổ trượt (tức là khi hmin = δt + δl = δ), thì điều kiện của ma sát ướt bị phá huỷ Trong

trường hợp này sẽ xuất hiện sự tiếp xúc trực tiếp giữa các bề mặt ma sát và tạo nên quá trình

mài mòn nhanh của các chi tiết máy Khe hở tương ứng với thời điểm bắt đầu xuất hiện sự tiếp

xúc trực tiếp nói trên trong mối ghép trục ổ trượt được gọi là khe hở tối thiểu

Như vậy, rõ ràng rằng trong điều kiện các thông số khác không thay đổi, việc giảm hmin

đến giá trị tối thiểu bằng δ chỉ xảy ra khi tăng khe hở đến trị số giới hạn cực đại Smax

Từ biểu thức tìm được ở trên

rằng với khe hở tối thiểu hmin = δ thì biểu thức ban đầu (1.18) có thể bao hàm cho các trường

hợp khe hở trong mối ghép sẽ là hợp lý nhất (Sh) hoặc khe hở đó sẽ tăng đến trị số giới hạn

(Smax)

CNS36,18

nd4

nd

30

δ

=4

đưa ra các điều kiện kỹ thuật để loại bỏ chi tiết trong quá trình sửa chữa xe máy

Đối với đa số các mối ghép trục - ổ trượt, kết quả tính toán đã chỉ rõ rằng

Smax = (2,5 + 5)Sh

1.5.3 Xác định sự thay đổi hình dáng hình học của chi tiết ổ đỡ thuộc mối ghép

Cùng với việc tăng khe hở của mối ghép, thì việc thay đổi hình dáng hình học của các chi tiết thuộc mối ghép cũng là nguyên nhân của việc giảm khả năng làm việc của mối ghép nói

riêng và các cụm máy nói chung Thực tế khai thác máy cho thấy rằng tất cả các chi tiết máy bị

mài mòn đều dẫn tới sự thay đổi hình dáng hình học của chúng so với hình dáng ban đầu

Khi sự thay đổi hình dáng hình học chưa đạt tới trị số giới hạn thì các chi tiết máy không thể hiện rõ sự ảnh hưởng của mình trong quá trình làm việc Khi sự thay đổi này đạt tới trị số

giới hạn sẽ kéo theo sự thay đổi đáng kể các điều kiện làm việc của mối ghép, đồng thời sẽ làm

cho khả năng làm việc của máy bị giảm nhanh

Xuất phát từ những điều nêu trên, chúng ta đi xác định mức độ thay đổi hình dáng hình học của các chi tiết máy

Độ thay đổi hình dáng hình học của các chi tiết máy trong mối ghép trục -

ổ trượt có chuyển động quay được xác định bằng phương pháp giải tích dựa trên các giả thiết

cơ bản sau đây:

1- Lúc đầu, trục và ổ đỡ đều có hình dáng hình học chuẩn xác, trong đó bán kính các bề mặt ma sát của chúng có khác nhau Các chi tiết được phân cách nhau bởi một màng dầu bôi

trơn, màng này sẽ nhanh chóng tạo thành một cái "nêm" dầu khi trục bắt đầu quay trong ổ trục

2- Khi ngừng quay, trục sẽ được tựa trên một bề mặt rất bé của ổ đỡ và không có một màng dầu bôi trơn nào tại phần này Tại thời điểm khởi động và thời điểm trục ngừng quay, sẽ

xuất hiện ma sát nửa ướt tạm thời mà trong đó sẽ xảy ra sự mài mòn cục bộ của các bề mặt tiếp

xúc

3- Sự mài mòn trên đây chỉ phát hiện được tại một vùng nhỏ của ổ đỡ trong khoảng 45 -

600 kể về 2 phía so với đường tâm thẳng đứng của trục Chính điều này sẽ dẫn tới sự thay đổi

hình dáng hình học của ổ đỡ

Với sự mài mòn cục bộ của ổ đỡ, khi ngừng quay, trục sẽ được tựa lên một vết lõm với bán kính có kích thước như kích thước bề mặt trục Nếu không có lớp dầu bôi trơn tại vùng

chịu tải của ổ đỡ và trên toàn bộ bề mặt này điều kiện ma sát ướt bị phá vỡ thì có thể coi rằng

độ thay đổi hình dáng hình học của ổ đỡ đã đạt tới trị số giới hạn

Trên cơ sở của các giả thiết trên đây, Giáo sư V.I.Kazarvex đã đưa ra một công thức xác

định độ thay đổi hình dáng hình học của các chi tiết trong mối ghép trục - ổ trượt

Chúng ta lấy một trường hợp tổng quát nhất khi cả trục và ổ đỡ đều bị mòn và xác định xem trong trường hợp nào sẽ xuất hiện sự thay đổi hình dáng hình học của chi tiết ổ đỡ Bài toán dẫn đến việc xác định kích thước,

mà theo đó điểm C trên hình 1.11 phải tụt xuống

biểu thị sự thay đổi hình dáng hình học của ổ

đỡ Ta ký hiệu kích thước đó là y Vì trục bị

mòn đều theo vòng tròn cho nên nó không bị sai

lệch hình dáng hình học của mình mà chỉ bị thay

đổi bán kính cong mà thôi

Hình 1.11 Thể hiện sơ đồ vị trí của trục trong ổ trượt khi đạt tới giá trị giới hạn của độ

mòn

Ta ký hiệu các đại lượng như sau:

R- Bán kính ban đầu của ổ trượt (trước khi

bị mòn);

r- Bán kính ban đầu của trục (trước khi bị mòn);

rx- Bán kính của trục sau khi bị mòn với trị số x, tức là rx = r - x;

S- Khe hở ban đầu, bằng 2(R - r)

Ta có: KN = rxsin450 = Rsinα

Suy ra:

R

r2

245sinR

r

x 2

o

xcos45 R 1 sin 0,7rr

cosRK'OOK'

2 x 2 x

2

2

R2

rR2Rr7,0R2

r1

= 0,7 2R2− rx2 − 0,7rx

Mặt khác:

yx2

S'

Lúc đó có thể viết:

x 2

x 2

r7,0rR27,0yx2

S

−

−

=++

Suy ra:

Hình 1.11 Vị trí của trục khi đạt tới giá

trị giới hạn của độ sai lệch hình dáng ổ đỡ (nét đứt đoạn trên hình vẽ)

32

2r

7,0rR27,0

Đặt S + 2x = Sx và thay trị số này vào phương trình trên, ta có:

x x

2 x 2

S5,0r7,0rR27,0

Ta biết rằng:

2

SRx2

SRxr

và thay trị số này vào biểu thức vừa tìm được, ta có:

x x

2 x

2

SR7,02

SRR27,0

2 0,7R 0,15S

4

SRSR7,

2

S15,0R7,0RSR7,0

Ta phân tích biểu thức R2+RSx thành chuỗi theo nhị thức Niutơn:

R16

SR8

SS5,0R)RSR(

3 x 2 x x 2

/ 1 x

Hoặc:

ε

−

=5,2

Trong đó:

y- Độ mòn giới hạn của ổ đỡ, độ mòn này được biểu thị như hiệu số lớn nhất giữa 2 đường kính vuông góc với nhau của ổ đỡ (độ ô van),mm;

S- Khe hở ban đầu của mối ghép (trước khi mòn),mm

Các kết quả nhận được trên đây dẫn đến một số kết luận như sau: Trị số y trong công thức (1.27) cần phải có một giá trị dương giới hạn Cụ thể là: Độ thay đổi giới hạn về hình dáng hình học của chi tiết mà trong đó chế độ ma sát ướt bị phá vỡ chỉ xảy ra khi ε < 2,5 Nếu ε ≥ 2,5 thì điều nêu trên đây không bao giờ xảy ra, bởi vì khi ε = 2,5 thì y = ∞, còn khi ε > 2,5 thì y nhận giá trị âm

Như vậy, nếu chi tiết trục mòn nhanh hơn chi tiết lỗ 2,5 lần hoặc lớn hơn thì sẽ không phá

vỡ chế độ ma sát ướt và sẽ không xảy ra sự thay đổi hình dáng hình học của chi tiết ổ đỡ Tuy nhiên, đây cũng chỉ là một kết luận được rút ra từ phương diện lý thuyết

Từ công thức (1.27) ta có thể dẫn ra một kết luận sau đây: Nếu trong phương trình y = 0,2S + 0,4x, ta cho x = 0 (tức là trục chưa bị mòn) thì:

Điều đó có nghĩa là: trong mối ghép mới với x = 0, độ ô van của chi tiết lỗ cần phải nhỏ hơn 0,2S, nay nói cách khác là ngay từ thời điểm đầu tiên của quá trình làm việc, mối ghép đã bắt đầu bị mòn Mặc dù đối với mối ghép có chi tiết quay bị mòn rất nhanh (với ε ≥ 2,5) thì sự mài mòn này cũng chỉ là hiện tượng tạm thời Trong thực tế chúng ta không mong muốn có điều này sẽ xảy ra, bời vì trong thời gian đó, khe hở có thể đạt tới giá trị giới hạn và mối ghép cần được sửa chữa sau một thời hạn phục vụ ngắn ngủi Vì vậy khi chế tạo cũng như sửa chữa các chi tiết máy, các biểu thức rút ra ở trên sẽ là cơ sở để định ra độ ôvan cho phép của các chi tiết cố định (các chi tiết không quay) sau khi gia công lần cuối những chi tiết đó Ví dụ như một mối ghép trục cơ - bạc lót của một động cơ đố trong có khe hở ban đầu là 0,05mm, thì độ ôvan ban đầu của bạc lót sau gia công lần cuối sẽ là 0,01mm

Đối với các chi tiết quay cũng vậy, nếu hình dáng hình học của chúng được chế tạo chính xác thì trong thời gian làm việc chúng sẽ mòn đều theo toàn bộ bề mặt Nếu ở trạng thái ban đầu mà độ ôvan của trục có một giá trị nào đó thì chúng ta cũng dễ hình dung rằng độ ôvan đó

sẽ giảm trong quá trình chạy rà Vì vậy đối với những chi tiết này, độ ôvan không được qui định bởi những yêu cầu cụ thể và đối với những mối ghép mới thì độ ôvan đó được chấp nhận trong những giới hạn nhất định của dung sai chế tạo

1.5.4 Phương pháp đồ thị xác định điều kiện làm việc của các chi tiết trong mối ghép trục - ổ đỡ

Phương pháp đồ thị để xác định điều kiện làm việc của các chi tiết được dựa trên cơ sở của

34

đường cong mài mòn

Bản chất của phương pháp này được thể hiện rõ trong việc tiến hành thử nghiệm máy để xác định độ mòn và xây dựng đường cong mài mòn của các chi tiết lắp ghép Trên đường cong mài mòn có những điểm uốn B1 và B2 mà qua đó ta thấy đường cong đổi hướng một cách đột ngột thể hiện sự tăng nhanh của độ mòn chi tiết máy Điểm uốn này chỉ rõ rằng chi tiết đã đạt tới độ mòn giới hạn và cần phải đình chỉ ngay sự hoạt động của mối ghép

Chúng ta xem xét một trường hợp điển hình về sự mài mòn các chi tiết lắp ghép và sự tăng khe hở giữa chúng phụ thuộc vào thòi gian hoạt động của mối ghép Các đường cong trên hình (1.12) biểu thị quá trình mài mòn của một mối lắp ghép động làm việc trong điều kiện ma sát

ổn định Các đường cong này có 3 đoạn đặc trưng cho 3 giai đoạn xảy ra của quá trình mài mòn:

Hình 1.12 Sự thay đổi khe hở trong mối ghép do sự mài mòn các chi tiết máy

Đoạn thứ nhất O1A1 và O2A2 đặc trưng sự mài mòn các chi tiết trong thời kỳ chạy rà t1 Trong thời kỳ này, các vết nhấp nhô trên bề mặt chi tiết được triệt tiêu một cách nhanh chóng

do sự chà xát giữa các bề mặt tiếp xúc với nhau, tức là lúc này xảy ra quá trình mài mòn với cường độ cao (tốc độ mài mòn nhanh) để tạo nên các bề mặt làm việc bình thường với các thông số chuẩn xác Cường độ mài mòn các bề mặt làm việc trong thời kỳ chạy rà phụ thuộc vào chất lượng gia công bề mặt chi tiết máy, chế độ chạy rà, vật liệu chế tạo chi tiết máy, độ cứng của chúng và điều kiện bôi trơn v.v…

Đoạn thứ hai A1B1 và A2B2 đặc trưng cường độ mài mòn các bề mặt và mức tăng khe

hở của mối ghép trong thời kỳ vận hành bình thường của máy Trong thời kỳ này sự mài mòn xảy ra chậm và đều Thời kỳ thứ hai này xác định tuổi thọ của các chi tiết lắp ráp t2 Đại lượng này được biểu thị bằng biểu thức sau đây:

c c c

1 t 2

uu

Trong đó:

t2- Tuổi thọ của mối ghép (được tính theo số giờ làm việc hoặc kilômét quãng đường chạy v.v…);

it, il- Độ mòn của trục và lỗ trong thời kỳ vận hành bình thường của máy;

ic- Độ mòn chung của trục và lỗ trong thời kỳ vận hành bình thường của máy;

uc- Cường độ mài mòn của trục và lỗ trong thời kỳ vận hành máy

Độ mòn chung ic được xác định như sau:

Ic = Smax - icr - Sbđ = Smax - Scr

Trong đó:

Smax- Khe hở tối đa cho phép;

icr- Độ mòn chung của trục và lỗ trong thời kỳ chạy rà;

Sbđ- Khe hở ban đầu của mối ghép;

Scr- Khe hở của mối ghép sau khi chạy rà, (Scr = icr + Sbđ)

Nếu giả thiết rằng trong thời kỳ vận hành sự mài mòn của trục và của ổ đỡ xảy ra tỷ lệ thuận với thời gian hoạt động của mối ghép, tức là A1B1 và A2B2 là những đường thẳng và α1

= α2 = α, thì tuổi thọ của mối ghép sẽ là:

c

cr bñ max 1 2 1

u

iSSttt

=

tg

iSSt

hở (Smax - Sbđ) sẽ mang đặc tính sửa chữa

Đoạn thứ ba, sau các điểm B1 và B2 đặc trưng cho thời kỳ tăng đột ngột cường độ mài mòn các bề mặt chi tiết Khe hở, tương ứng với điểm bắt đầu của đoạn đường cong này (tức là Smax)

đặc trưng cho trị số của độ mòn giới hạn các chi tiết máy

Sự phân tích đường cong mài mòn của chi tiết lắp ghép cho phép xác định các giá trị giới hạn về độ mòn (khe hở) của các chi tiết máy và đi đến các kết luận quan trọng có ý nghĩa lý

36

thuyết và thực tiễn Trong trường hợp cụ thể, một ý nghĩa lớn mà chúng ta có được, đó là việc vận dụng hệ thống bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa phòng ngừa theo kế hoạch đối với các loại máy móc thiết bị nhằm bảo toàn khả năng làm việc và nâng cao độ tin cậy hoạt động của chúng

Một cách thức thứ hai được áp dụng để xác định điều kiện làm việc của các chi tiết trong mối ghép trục - ổ đỡ theo phương pháp đồ thị có thể được tiến hành như sau:

Ta có đồ thị mài mòn của chi tiết trục và chi tiết ổ đỡ được ghép lại với nhau, trên cơ sở đã qui đổi độ mòn của các chi tiết này và thời gian làm việc của chúng theo một tỉ lệ xích nhất định như trên hình 1.12a

Trên hình vẽ ta có:

+) Điểm 0 - là thời điểm đưa máy vào khai thác (tại đây độ mòn của các chi tiết bằng 0) +) Điểm A - là thời điểm tương ứng với độ mòn lớn nhất sau quá trình chạy rà mối ghép +) Điểm B - Là thời điểm ứng với độ mòn giới hạn của các chi tiết mối ghép

Tại thời điểm tiến hành sửa chữa lớn ta đo độ mòn của các chi tiết, sau đó qui đổi theo tỷ

lệ xích đã định và biểu thị độ mòn đó lên trên trục tung của đồ thị (giả sử như 2 giá trị i*t và il*

trên hình vẽ)

Hình 1.12a Đồ thị mài mòn của các chi tiết thuộc mối ghép

và cách xác định điều kiện làm việc tiếp theo của chúng theo phương pháp đồ thị

Từ i*t và il* dóng các đường thẳng song song với trục hoành, những đường thẳng này cắt các đường cong mài mòn tại 2 điểm M và N Nối M với N, đoạn thẳng MN cắt trục hoành tại điểm K

Đo độ dài đoạn KB trên đồ thị, sau đó lại qui đổi theo tỷ lệ xích đã định để xác định thời gian làm việc còn lại của các chi tiết mối ghép Nếu thời gian qui đổi lớn hơn hoặc bằng thời

gian một chu kỳ sửa chữa lớn của máy thì ta có thể kết luận rằng các chi tiết mối ghép có thể

làm việc bình thường trong một chu kỳ khai thác tiếp theo của máy Ngược lại, nếu thời gian

qui đổi nhỏ hơn thời gian một chu kỳ sửa chữa lớn của máy thì ta phải tiến hành sửa chữa phục

hồi các chi tiết máy

1.6 ĐỘ MÒN TỔNG CỘNG CỦA MÁY

1.6.1 Cỏc thành phần của độ mũn tổng cộng

Độ mòn vật lý của máy trong thời gian khai thác là một quá trình khách quan xảy ra liên tục

Các thành phần của nó chính là độ mòn vật lý của tất cả các phần tử kết cấu và phi kết cấu Thêm

vào đó còn có một số tác động từ bên ngoài vào máy trong quá trình bảo dưỡng kỹ thuật và sửa

chữa, những tác động này phần nào cũng gây ra một lượng hao mòn nhất định cho các phần tử kết

cấu và phi kết cấu Sự tác dụng của tải trọng và các tác động nói trên, theo mức tăng về độ lão hóa

của máy thì không những không chấm dứt mà lại được gộp lại, tạo nên độ mòn tổng cộng của máy

Độ mòn tổng cộng của máy có thể coi bao gồm 3 thành phần: Độ mòn bị tạo ra do tải trọng trong quá trình làm việc của máy Pm1, độ mòn do quá trình vận chuyển gây ra Pm2 và độ

mòn do các tác động khác trong bảo quản, trong bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa gây ra Pm3,

z

1 jt it

Trong đó:

∑s1 it

P - Độ mòn tổng cộng của các thành phần kết cấu i;

∑z1 jt

P - Độ mòn tổng cộng của các thành phần phi kết cấu j;

Để đơn giản hơn trong việc tìm ra mối quan hệ giữa các hàm số trên, ta chấp nhận một giả thiết rằng độ mòn của các phần tử riêng biệt đều xảy ra theo qui luật đường thẳng

a) Độ mòn tổng cộng của các phần tử kết cấu thay thế riêng biệt của máy:

Pit = ( k)

i i

i n 100+P

Trong đó:

chung của tất cả các phần tử kết cấu cùng chức năng đã được thay thế nhằm bảo đảm khả năng

làm việc của máy trong suốt thời hạn phục vụ của nó, tức là:

i i i

i i

Trường hợp trên đây tương ứng với đồ thị 1 và 2 trên hình 1.13 Đối với trường hợp 1, trị

số ni = 0 bởi vì phần tử được xem xét là phần tử chưa bị thay thế

Hình 1.13 Đồ thị biểu thị sự thay đổi giá trị của phần tử kết cấu

và độ mòn tổng cộng của chúng trong thời hạn phục vụ của máy a) Sự thay đổi giá trị của các phần tử kết cấu 1, 2, 3

b) Độ mòn tổng cộng của các phần tử đó

Nếu ta xác định độ mòn tổng cộng của phần tử kết cấu đã được sửa chữa (đồ thị 3b trên hình 1.13), thì phải kể đến một tỷ lệ nhất định nào đó độ mòn riêng của phần tử ban đầu Độ

mòn này tương ứng với mức tiêu hao giá trị của phần tử, đồng thời cũng phải kể đến tổng các

độ mòn riêng tương ứng với mức tiêu hao giá trị sẽ được phục hồi trong những lần sửa chữa

tiếp theo của phần tử đó (cũng lấy theo một tỷ lệ nhất định), tức là:

+Δ

i k i iA

iA

Trong đó:

+ε

ε

=

i iA

iA iA

e ; Δ = ε + ∑ k

i iA

i k

Δ - Tỷ lệ giá trị của phần tử đã được sửa chữa tương ứng so với mức độ mài mòn của nó;

PiA và Pik- Độ mòn riêng của phần tử kết cấu ban đầu và phần tử đã được sửa chữa tại thời điểm kiểm tra phần tử đó;

k i

e - Giá trị được phục hồi của phần tử kết cấu đã được sửa chữa

b) Độ mòn tổng cộng của các phần tử phi kết cấu cũng có thể được xác định tương tự nếu như giá trị (hoặc giá thành) ban đầu của mỗi phần tử phi kết cấu được coi như bằng giá trị ban

đầu của phần tử kết cấu nào đó

1.6.2 Độ mòn tổng cộng của máy

Độ mòn tổng cộng của máy được xác định dựa theo độ mòn của mỗi phần tử kết cấu và phi kết cấu của máy trong toàn bộ thời hạn phục vụ của nó Với một tỷ lệ giống nhau của các

phần tử tương ứng và với chu kỳ thay thế hoặc phục hồi giống nhau thì độ mòn của chúng sau

một thời hạn phục vụ của máy cũng sẽ giống nhau Điều này tạo cơ sở cho một số giả thiết

thuận lợi trong việc xác định độ mòn tổng cộng của máy, ví dụ như việc gộp các phần tử kết

cấu và phi kết cấu với nhau nếu thời hạn phục vụ (tuổi thọ) của chúng trùng nhau

Từ giả thiết trên đây, chúng ta có thể bằng phương pháp đồ thị hay phương pháp giải tích xác định được giá trị độ mòn tổng cộng của máy

1 Phương pháp giải tích xác định độ mòn tổng cộng của máy

Phương pháp giải tích xác định độ mòn tổng cộng của máy được bao quát như sau: Giả

sử chúng ta có một chiếc máy được cấu thành từ S phần tử và có giá trị ban đầu là Em Sau

thời hạn phục vụ T, các phần tử này được thay thế hoặc phục hồi toàn bộ (ni - 1) lần, nhưng

trong đó chúng phục vụ với thời hạn ti chỉ trong điều kiện là mỗi một phần tử đó được sửa

chữa theo chu kỳ hoặc phục hồi cục bộ (mj - 1) lần

Độ mòn tổng cộng (theo %) của máy đó được xác định theo công thức:

= s1

s

1

k ix k im iAx

imA k

im imA

k i iA

i

iA imA

ien

1 m 1

k i iA

i

i k

im

ien

Phương pháp đồ thị xác định độ mòn tổng cộng của máy (Hình 1.14) được diễn tả

như sau: Trục hoành biểu thị thời gian t

tương ứng với thời hạn phục vụ của máy

Trục thẳng đứng phía bên phải biểu thị trị số

cực đại độ mòn tổng cộng P1Mt của phần tử

ban đầu chưa thay thế và chưa phục hồi của

máy Theo giá trị tuyệt đối, nó bằng giá trị ε1

Như vậy giá trị ε1 được dựng theo một tỷ lệ

nhất định từ dưới lên kể từ điểm O' sẽ đại

diện cho độ mòn tổng cộng của phần tử có độ

bền cao so với độ mòn tổng cộng chung của

máy sau trọn thời hạn phục vụ của máy đó

Đường thẳng 0-1 được kẻ từ gốc toạ độ đến

điểm 1 sẽ đại diện cho độ mòn của phần tử

đó Tất cả các tung độ kể từ trục hoành tới

đường 0-1 tại mỗi thời điểm bất kỳ đều đặc

trưng cho giá trị độ mòn tổng cộng của phần

tử có độ bền cao trong độ mòn tổng cộng

chung của máy

Đối với các thành phần khác có độ bền kém hơn thì đồ thị độ mòn tổng cộng được

xây dựng theo thứ tự giảm dần theo thời hạn

phục vụ của chúng

Đối với phần tử thứ hai (theo thời hạn phục vụ) trên đồ thị người ta kẻ đường 0-2 nối toạ độ tại điểm 2, điểm này tương ứng với thời hạn phục vụ là t2 và giá trị ε2 của phần tử thứ hai Đường

thẳng 0-2' là đường biểu thị độ mòn tổng cộng của phần tử thứ hai có thời hạn phục vụ là t2 Tất cả

các giá trị tung độ từ đường thẳng 0-1 đến đường thẳng 0-2' tại mọi thời điểm sử dụng bất kỳ của

máy đều đặc trưng cho giá trị tương ứng về độ mòn tổng cộng của phần tử thứ hai trong độ mòn

tổng cộng của máy

Hình 1.14 Xây dựng đồ thị độ mòn tổng

cộng của máy được cấu thành từ các phần tử

đã thay thế hoặc đã phục hồi toàn bộ trong những thời hạn phục vụ khác nhau Đường thẳng nét đậm biểu thị độ mòn của các phần

tử ban đầu của máy