chẩn đoán kỹ thuật động cơ điêzen trên cơ sở phân tích tính chất lý hoá của dầu bôi trơn và hạt mài mòn

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu La tinh A0 - Diện tích hình học tiếp xúc ma sát A1 - Tổng diện tích danh nghĩa Aa - Diện tích tiếp xúc danh nghĩa r A - Diện tích tiếp xúc t

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT d

1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 5 1.1.1 Vấn đề chung của chẩn đoán động cơ đốt trong 5 1.1.2 Chẩn đoán động cơ trên cơ sở mô hình trợ giúp 6 1.1.3 Phương pháp chẩn đoán động cơ hiện đang được dùng trên ô tô 9

2.3 QUY LUẬT MÒN CỦA CÁC CHI TIẾT MA SÁT TRONG ĐỘNG CƠ 32 2.3.1 Các dạng hao mòn và hư háng của bề mặt ma sát 32 2.3.2 Quy luật mòn của các chi tiết ma sát trong động cơ 32

2.5 CÁC TÍNH CHẤT LÝ- HOÁ DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ DÙNG CHẨN ĐOÁN 39

Phương pháp và thiết bị phục vụ chẩn đoán động cơ qua phân tích các hạt mài mòn trong dầu

3.1 PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG

3.1.2 Nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 47

3.2.1 Phương pháp tách các hạt mài mòn kim loại trong dầu bôi trơn 50

3.3 CÁC HẠT MÀI MÒN VÀ NGUỒN GỐC CỦA CHÚNG 59 3.3.1 Hình thái các dạng mài mòn chủ yếu và các hạt mài mòn tương ứng từ các chi tiết chịu ma

3.3.1.1 Hạt mài mòn ở chế độ động cơ hoạt động bình thường 59

3.3.1.6 Hạt mài mòn bánh răng (sự liên kết giữa trượt và lăn) 63

3.3.2 Các kim loại tách ra từ các chi tiết động cơ 64

4.1 THEO DÕI VÀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐIEZEN 3408 LẮP TRÊN XE CAT 769C 76

4.1.2 Các thông số về dầu dùng để chạy chẩn đoán trên động cơ 3408 76

4.2.1 Sơ đồ đường dầu bôi trơn từ các te dầu đến đường dầu chính 77 4.2.2 Sơ đồ đường dầu bôi trơn bên trong động cơ điezen 3408 78 4.3 CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA LẤY MẪU ĐỊNH KỲ 79 4.3.1 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu dầu bôi trơn định kỳ 79

4.4 KẾT QUẢ THEO DÕI CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ 3408 LẮP TRÊN XE CAT 769C 84

4.4.4 Kết quả theo dõi các xe lấy theo thời điểm 200 giê và 250 giê 96 4.4.5 Đánh giá kết quả của các xe theo dõi ở thời điểm 200 giê và 250 giê 103 4.5 CÁC HẠT MÀI MÒN KHÁC ĐÃ PHÁT HIỆN TRONG QUÁ TRÌNH THEO DÕI 110

Danh mục các công trình có liên quan đến luận án được công bố

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu La tinh

A0 - Diện tích hình học tiếp xúc ma sát

A1 - Tổng diện tích danh nghĩa

Aa - Diện tích tiếp xúc danh nghĩa

r

A - Diện tích tiếp xúc thực

ri

A - Diện tích tiếp xúc vĩ mô

a - Nửa chiều rộng tiếp xúc điểm của cặp ma sát có líp phủ

a0 - Nửa chiều rộng tiếp xúc điểm của cặp ma sát không có líp phủ

b - Chiều rộng tiếp xúc đường của cặp ma sát có líp phủ

b0 - Chiều rộng tiếp xóc đường của cặp ma sát không có líp phủ

C - Nồng độ các hạt kim loại mài mòn trong dầu

c - Tốc độ của ánh sáng trong chân không

Cov- Hệ số trùng khít

D- Cường độ hấp thụ của một vạch phổ

d- Đường kính trung bình của vết tiếp xúc

E’- Mô đun đàn hồi tổng hợp

E0, Em - năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích m

Ff- Lực ma sát

Fn- Tải pháp tuyến

H- Độ cứng của chi tiết mềm hơn trong cặp ma sát

HK- Độ cứng của kim loại

HM- Độ cứng của hạt mài

HV- Độ cứng tế vi của chi tiết ma sát mềm hơn

h - Chiều sâu mòn của bề mặt ma sát

I- Cường độ chùm sáng sau khi đi qua môi trường hấp thụ

Ig- Cường độ mòn theo khối lượng

It - Cường độ mòn tính theo thể tích



K - Hệ số hấp thụ của mỗi vạch phổ

L- Chiều dài đường ma sát

m- Khối lượng hạt mài mòn kim loại cuốn vào hệ thống bôi trơn trong một đơn

P - Áp lực Hertz lớn nhất của cặp ma sát không có líp phủ

T- Tổng số thời gian hoạt động của động cơ

t- Thời gian

U- Lượng mòn

V- Thể tích dầu dùng trong hệ thống bôi trơn

Vd - Thể tích mòn của chi tiết

VE- Thể tích vật liệu bị mòn trên đường ma sát L

y- Độ cao vành ngoài

w - Chiều sâu thâm nhập của chi tiết ma sát cứng vào chi tiết mềm hơn

ASTM- Hội thử nghiệm và vật liệu Mỹ

Ký hiệu Hy lạp:

- Bán kính cong đỉnh tổng hợp của độ nhám hai bề mặt

- Tỷ số diện tích danh nghĩa và diện tích thực của bề mặt ma sát

Hình 3 1: Thể hiện mẫu lắng đọng trên Ferrogram 51

Hình 3 4: Sự phân bố các hạt mài trên Ferrogram 52 Hình 3 5: Đường truyền ánh sáng trong kính hiển vi lưỡng sắc 55

Hình 3 7: Giao thoa của ánh sáng trên bề mặt hợp kim 57

Chương IV

Hình 4 3: Lưu đồ chẩn đoán động cơ Điezen 3408 83 Hình 4 4: Đồ thị biến đổi độ nhít ở 40 0

Hình 4 22: Hạt hợp kim đồng cùng loại sau khi đã được xử lý nhiệt 96

Hình 4 26: Sợi giấy lọc sau khi được xử lý nhiệt 108

Hình 4 29: Cổ trục khuỷu động cơ bị mài xước nghiêm trọng 111

Hình 4 32: Hạt mài mòn oxit Pb/Sn trước khi xử lý nhiệt 112

Hình 4 34: Hạt mài mòn oxit Pb/Sn sau khi xử lý nhiệt 112

DANH MỤC CÁC BẢNG Chương II

Bảng 2 1: Những chỉ tiêu đánh giá dầu bôi trơn động cơ 39 Bảng 2 2: Các nguyên nhân chủ yếu làm thay đổi độ nhít 42

Chương III

Bảng 3 1: Độ phóng đại của kính hiển vi quang học 52

Bảng 3 3: Cách nhận biết các hạt mài mòn không từ tính màu trắng 66 Bảng 3 4: Vật liệu một số chi tiết chịu ma sát trong động cơ Điezen 73

Chương IV

Bảng 4 1: Các thông số kỹ thuật của động cơ 3408 76 Bảng 4 2: Các thông số và giới hạn sử dụng của dầu chạy chẩn đoán 77 Bảng 4 3: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 02 84 Bảng 4 4: Kết quả phân tích mẫu dầu xe CAT 02 84 Bảng 4 5: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 13 89 Bảng 4 6: Kết quả phân tích mẫu dầu xe CAT 13 89 Bảng 4 7: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 15 93 Bảng 4 8: Kết quả phân tích mẫu dầu xe CAT 15 93 Bảng 4 9: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 01 97 Bảng 4 10: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 03 97 Bảng 4 11: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 04 98 Bảng 4 12: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 05 98 Bảng 4 13: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 07 98 Bảng 4 14: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 08 98 Bảng 4 15: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 09 99 Bảng 4 16: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 10 99 Bảng 4 17: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 12 99 Bảng 4 18: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 14 100 Bảng 4 19: Kết quả phân tích các chỉ tiêu dầu bôi trơn ở thời điểm 200 giê và 250 giê 100

MỞ ĐẦU

ược tạo ra cách đây hơn một thế kỷ, động cơ Điezen mang tên của người phát minh đầu tiên đến nay đã được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của nền kinh tế, từ ngành vận tải đường bộ, đường thuỷ, đường sắt đến ngành năng lượng, nông nghiệp, quân sù, khai khoáng, xây dựng Trong ngành khai khoáng đặc biệt là ở Tập đoàn Than và khoáng sản Việt nam, động cơ Điezen được trang bị trên xe ô tô vận tải, máy khai thác, dẫn động các thiết bị khoan, máy phát điện, máy nén khí v.v Động cơ Điezen thực

sự là thiết bị không thể thiếu trong các hoạt động khai thác

Ngay từ những năm đầu của thời kỳ đổi mới Tổng công ty than Việt Nam trước đây, và hiện nay là Tập đoàn Than và khoáng sản Việt Nam đã luôn đổi mới thiết bị cũng như công nghệ khai thác đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của quá trình sản xuất Để thay thế dần những thiết bị từ thế hệ cũ lạc hậu, độ tin cậy không cao, hiện nay các thiết bị khai thác và vận tải ở Tập đoàn hầu hết đều được nhập khẩu từ các nước phát triển như Thụy ĐiÓn, Nhật Bản, Mỹ, Hàn Quốc rất phong phú về số lượng còng nh- đa dạng về chủng loại Những thương hiệu nổi tiếng về thiết bị vận tải và khai thác nh-: Caterpillar, Volvo, Komatsu, Hyundai, Hitachi, Samsung, Yamaha, Kawasaki đã quá quen thuộc với công nhân khai thác và cán bé quản lý ở vùng má Đặc thù của thiết bị khai thác đều hoạt động tại những địa hình phức tạp giao thông rất khó khăn (như tại Công ty than Cọc Sáu các thiết bị hoạt động ở địa hình âm trên 100 m so với mực nước biển) đồng thời phải phục vụ 3 ca/ngày trong suốt thời gian khai thác

do đó yêu cầu trước hết là thiết bị phải có tính năng kinh tế kỹ thuật cao, có độ tin cậy lớn

Đi kèm với việc vận hành các thiết bị hiện đại này, công tác sửa chữa, bảo trì máy móc ở các đơn vị quản lý chiếm một vị trí rất quan trọng Kỹ thuật bảo dưỡng thiết bị ở hầu hết các đơn vị sản xuất ở Việt Nam hiện nay đều là kỹ thuật

cổ điển, lạc hậu và chủ yếu dùa vào kinh nghiệm của người sử dụng

Các phương pháp bảo dưỡng chủ yếu được áp dông ở các đơn vị quản lý thiết bị ở Việt Nam hiện nay là sửa chữa khi đã xảy ra hư háng hoặc bảo dưỡng thiết bị theo định kỳ thời gian hay sè km xe đã chạy Các phương pháp này đã bộc lé hàng loạt các nhược điểm:

- Gây ra các hư háng bất thường làm dừng toàn bộ thiết bị

- Gây bị động trong việc quản lý sản xuất, tiêu thụ vật tư còng nh- công tác quản lý bảo dưỡng

- Khối lượng chi tiết thay thế cần chuẩn bị nhiều do không định trước được hư háng gây lãng phí

Đ

- Trong khi bảo dưỡng thiết bị theo định kỳ thời gian phải tháo ra kiểm tra

và thay thế một số chi tiết vẫn còn sử dụng được tiếp gây lãng phí không cần thiết

Chính vì vậy, chi phí bảo dưỡng hàng năm rất lớn mà hiệu quả bảo dưỡng không cao Do đó, để giảm được chi phí tăng năng suất hoạt động của thiết bị, việc áp dụng các kỹ thuật bảo dưỡng tiên tiến là một tất yếu khách quan đối với tất cả các thiết bị khai thác ở điều kiện sản xuất ở Việt Nam hiện nay- tức là

Phương pháp bảo dưỡng phòng ngõa theo tình trạng thiết bị

Bản thân các thiết bị khai thác và vận tải được nhập khẩu từ nước ngoài như đã nói ở trên cũng đã có những phần mềm chuyên dụng để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của thiết bị, tuy nhiên trong đó không đề cập đến trạng thái mài mòn của các chi tiết chịu ma sát còng như chế độ bôi trơn bất thường trong động

cơ để khẳng định chất lượng thiết bị trong quá trình sử dụng

Các nước phát triển trên thế giới cũng áp dụng công nghệ chẩn đoán các thiết bị cơ khí theo quy mô từ đơn giản đến phức tạp về mặt bôi trơn, mài mòn tạo ra một phạm vi rộng cho các cán bộ kỹ thuật ở các nước đang phát triển có thể lùa chọn các thiết bị và giải pháp phù hợp nhất đối với các đơn vị quản lý phương tiện vận tải của mình Nhưng cho đến nay ở Việt Nam việc ứng dụng các kỹ thuật tiên tiến trong công tác chẩn đoán và kiểm soát tình trạng hoạt động của động cơ đốt trong hầu như chưa được áp dụng tại các đơn vị vận tải Với các kiÕn thức sâu về thiết bị đặc biệt động cơ Điezen cỡ lớn thông qua nhiều năm sửa chữa, thay thế, chế tạo phụ tùng cùng với việc kết hợp các thiết bị đo, phân tích hiện đại ở các nước phát triển với các ngành liên quan như tribologi- cơ khí

ta hoàn toàn có thể xây dựng được các hệ thống giám sát và phân tích tình trạng thiết bị về mặt bôi trơn, mài mòn có giá thành rẻ và hiệu quả cao phù hợp với điều kiện sản xuất ở Việt Nam Vì vậy, việc áp dụng kỹ thuật giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị về mặt bôi trơn, mài mòn trong thực tế sản xuất của Việt Nam là hoàn toàn có thể thành hiện thực

Với mục tiêu tiếp cận thành quả đạt được hiện nay của thế giới về lĩnh vực ma sát mài mòn kết hợp với điều kiện sử dụng động cơ điêzen và những

thiết bị đo lường hiện có của Việt Nam tác giả lấy đề tài nghiên cứu: ‘Chẩn

đoán kỹ thuật động cơ điêzen trên cơ sở phân tích tính chất lý hoá của dầu bôi trơn và hạt mài chứa trong dầu’ làm nội dung luận án của mình

Mục đích nghiên cứu: Dùa vào những kết quả phân tích tính chất lý hoá

cùng với những hạt mài mòn kim loại lắng đọng trong dầu bôi trơn đã qua sử dụng tác giả muốn đánh giá chất lượng hệ thống bôi trơn động cơ để kịp thời phát hiện ra sự cố trong quá trình vận hành tránh những hư háng đáng tiếc xảy

ra Phương pháp chẩn đoán ở đây được lấy làm tiền đề cho phương pháp bảo

dưỡng phòng ngõa theo tình trạng thiết bị thay thế cho các phương pháp bảo dưỡng cũ lạc hậu

Đối tượng nghiên cứu: Áp dụng phương pháp nghiên cứu của mình tác

giả trực tiếp theo dõi phân tích và đánh giá chất lượng hệ thống bôi trơn thông qua các mẫu dầu của 14 động cơ 3408 lắp trên xe ô tô vận tải CAT 769C ở các chu kỳ thay dầu khác nhau và một số mẫu dầu cùng với những sự cố gặp phải trên các ô tô vận tải khác

Phương pháp nghiên cứu: Từ những lý thuyết chung về chẩn đoán động

cơ, về hệ thống bôi trơn động cơ ô tô cùng lý thuyết và thực tiễn về ma sát mài mòn các chi tiết của động cơ đốt trong tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu thực tế ngoài hiện trường, theo dõi chẩn đoán quá trình mài mòn không bình thường của những động cơ Điezen vận tải qua từng chu kỳ thay dầu qua đó rót

ra những đánh giá chất lượng hệ thống bôi trơn Với phương pháp nghiên cứu này tác giả đưa ra quy trình chẩn đoán kỹ thuật động cơ Diezen, công việc mà trước đây mới chỉ được làm một cách rời rạc qua theo dõi các thông số của thiết

bị Bằng phương pháp Ferroraph lần đầu tiên được áp dụng ở Việt Nam để tách các hạt mài mòn kim loại có kích thước lớn hơn 5m ra khỏi dầu bôi trơn động

cơ nhằm phát hiện quá trình mài mòn bất thường của các cặp ma sát từ đó tìm ra nguyên nhân và biện pháp khắc phục giảm thiểu hư háng thiết bị

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Những kết quả nghiên cứu của luận án

cùng với phần mềm chẩn đoán chuyên dụng có sẵn của thiết bị góp phần giúp người quản lý nắm bắt được tình trạng kỹ thuật của thiết bị có kế hoạch bảo dưỡng và sửa chữa kịp thời nhằm ngăn chặn những hư háng đáng tiếc xảy ra và tận dụng khả năng khai thác tối đa các thiết bị Kết quả của đề tài nghiên cứu còn tạo điều kiện sử dụng phương pháp bảo dưỡng phòng ngõa theo tình trạng thiết bị về mặt bôi trơn, mài mòn thay thế các phương pháp bảo dưỡng cũ lạc hậu

Nội dung chính của luận án bao gồm:

Chương I: Tổng quan về chẩn đoán động cơ đốt trong

Nêu lên những vấn đề chung nhất của chẩn đoán động cơ đốt trong, đánh giá việc sử dụng thiết bị khai thác ở các đơn vị sản xuất sau đó nêu khái quát tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước trong chẩn đoán động cơ từ đó thấy rõ hơn nữa tính cấp thiết của đề tài

Chương II: Cơ sở lý thuyết về mòn các chi tiết động cơ đốt trong và phân

tích dầu bôi trơn trong chẩn đoán mòn

Nêu lên sự biến đổi nồng độ hạt mài mòn trong dầu bôi trơn theo thời gian hoạt động và tốc độ mài mòn của cặp ma sát trong các trường hợp có bầu lọc và không có bầu lọc dầu

Tiếp theo là cơ chế và đặc tính mòn phụ thuộc vật liệu tiếp xúc của cặp

ma sát, tải ma sát của các chi tiết nói chung, cơ sở lý thuyết về mài mòn của các chi tiết chịu ma sát trong động cơ KÕt hợp cùng các biến đổi của các chi tiêu hoá lý điển hình của dầu và các hạt mài mòn từ các chi tiết được tách ra trong dầu bôi trơn ở các chương tiếp theo tạo nên một bức tranh toàn cảnh về chế độ mài mòn trong động cơ Điêzen giúp chẩn đoán chính xác và khắc phục kịp thời nhờ đó hoàn toàn có thể làm chủ được thiết bị và dự trù những chi tiết thay thế một cách hợp lý giảm thời gian dừng máy không cần thiết

Phần cuối của chương này tác giả giới thiệu cơ sở lý thuyết phân tích dầu bôi trơn trong chẩn đoán mòn gồm về phân đoạn dầu mỏ cũng như thành phần hoá học của dầu bôi trơn động cơ, với trên 20 chỉ tiêu hoá lý của dầu bôi trơn động cơ làm cơ sở cho việc chẩn đoán ban đầu đối với động cơ Điêzen Căn cứ vào sự biến đổi 5 chỉ tiêu hoá lý điển hình có thể đoán nhận được quá trình bôi trơn không bình thường trong động cơ và sớm đưa ra hành động khắc phục

Chương III: Phương pháp và thiết bị chẩn đoán động cơ qua phân tích

các hạt mài mòn trong dầu bôi trơn

Giới thiệu phương pháp phân tích hạt mài mòn bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Nồng độ hạt mài mòn được định lượng qua đó đánh giá hiện tượng mài mòn không bình thường của các chi tết chịu ma sát khi khối lượng hạt mài này vượt quá giới hạn cho phép Hạn chế của phương pháp AAS là chỉ định lượng các hạt mài mòn với kích thước chính nhá hơn 5m Đối với những hạt có kích thước lớn hơn phải áp dụng phương pháp Ferrograph Phương pháp này có thể phát hiện ra 6 dạng hạt mài tách ra từ các chi tiết động

cơ và 16 loại hạt mài cùng các kim loại điển hình trên bề mặt ma sát Các thông tin về hình dáng, thành phần các hạt mài, sự phân bố về kích thước, mầu sắc và nồng độ của những hạt mài tách ra từ phương pháp Ferroraph có thể chẩn đoán chính xác tình trạng mài mòn động cơ để có những biện pháp xử lý kịp thời tránh xảy ra những háng hóc nặng

Chương IV: Chẩn đoán động cơ Điezen 3408 lắp trên xe CAT 769C

Cho dù đã rất cố gắng để có một luận án tốt, nhưng có thể vẫn còn tồn tại không Ýt những thiếu sót trong luận án Tác giả mong rằng trong thời gian tới sẽ

có nhiều cơ hội để giải quyết những vấn đề còn tồn tại này và mong có sự hợp tác giúp đỡ của các Giáo sư chuyên ngành cùng các đơn vị liên quan

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1.1 Vấn đề chung của chẩn đoán động cơ đốt trong

Hàng năm, các đơn vị sản xuất tập trung đã phải chi mét khoản tiền khá lớn để phục vụ các công tác sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị Việc dừng thiết bị không định trước do háng hóc đã gây nhiều bất lợi cho sản xuất còng nh- công tác quản lý và thực hiện bảo dưỡng, lập kế hoạch sửa chữa, kế hoạch dừng máy

và mua sắm thiết bị phụ tùng thay thế Nếu chủ động được những việc trên sẽ làm giảm tối đa chi phí trong công tác bảo dưỡng và tăng hiệu quả của việc đầu

tư thiết bị Công tác nghiên cứu phát triển các phương pháp bảo dưỡng tiên tiến nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của một đơn vị sản xuất công nghiệp đã và đang được phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp phát triển và là nhu cầu bức xúc của các đơn vị sản xuất tập trung ở nước ta

Việc bảo dưỡng và sửa chữa tiên tiến trong các đơn vị sản xuất ở nước ta dần được áp dụng và có tác động tích cực đến quá trình vận hành và khai thác Khái quát quá trình phát triển các phương pháp bảo dưỡng thiết bị sản xuất nói chung và động cơ đốt trong nói riêng trên thế giới bao gồm 3 phương pháp chủ yếu:

- Phương pháp bảo dưỡng khi hư háng

- Phương pháp bảo dưỡng phòng ngõa theo thời gian

- Phương pháp bảo dưỡng phòng ngõa theo tình trạng thiết bị

Với thực tế sản xuất ở nước ta do có quá nhiều chủng loại thiết bị với nhiều xuất xứ khác nhau nên cả ba hệ thống bảo dưỡng trên cùng song song tồn tại Tuy nhiên với những thiết bị quan trọng, có giá trị kinh tế lớn người ta thường triển khai áp dụng phương pháp bảo dưỡng cuối cùng- Phương pháp bảo dưỡng phòng ngõa theo tình trạng thiết bị Đây chính là phương pháp bảo dưỡng hiện đại và mới được áp dụng trong khoảng thập kỷ 90 của thế kỷ trước Nội dung chính của phương pháp này là: trạng thái làm việc của thiết bị được giám sát bởi hệ thống phần mềm giám sát và chẩn đoán Hệ thống này sẽ giám sát các hiện tượng xuất hiện trong quá trình làm việc của thiết bị như tiếng ồn, độ rung, nhiệt độ để kiểm tra tình trạng thực tế của thiết bị, đồng thời phát hiện các trạng thái bất thường của thiết bị qua đó xác định xu hướng hư háng Hệ thống chẩn đoán sẽ chịu trách nhiệm phân tích các kết quả thu được từ hệ thống giám sát kiểm tra mức độ hư háng giúp người sử dụng kịp thời điều chỉnh hoặc thay thế các phần hư háng tránh các hư háng theo dây truyền

Trong thực tế người ta chia ra các dạng chẩn đoán đặc trưng:

- Chẩn đoán được thực hiện nhờ đo trực tiếp: Các dấu hiệu chẩn đoán được đo để đánh giá trạng thái cần chẩn đoán

- Chẩn đoán được thực hiện khi không ngắt hoạt động và tháo máy hoặc thiết bị Các dấu hiệu chẩn đoán hoặc được xác lập từ quan sát hoạt động hoặc từ các phương pháp nghiên cứu đặc biệt từ bên ngoài hệ thống

Mục đích chẩn đoán là xác định trạng thái kỹ thuật một cách lượng hoá, đánh giá trạng thái hiện tại và đánh giá dự báo Các bước tiến hành chẩn đoán kỹ thuật và mô hình chẩn đoán hiện đại:

1 Mô tả trạng thái: trong bước này cần phân tích đối tượng chẩn đoán Những tính chất nào của thiết bị có thể giám sát và được phép giám sát

2 Lùa chọn tín hiệu chẩn đoán và dấu hiệu chẩn đoán: Tín hiệu và dấu hiệu chẩn đoán là một đại lượng vật lý đo được, phản ánh gián tiếp trạng thái tương ứng với các tính chất đặc trưng của đối tượng chẩn đoán

3 Mô hình chẩn đoán: xây dựng mối quan hệ định lượng giữa dấu hiệu chẩn đoán và trạng thái cần nhận dạng

4 Đánh giá trạng thái kỹ thuật: trong giai đoạn làm việc, có thể xác định trạng thái hiện tại của đối tượng nhờ đưa vào mô hình chẩn đoán các dấu hiệu chẩn đoán đo được tại một đối tượng chẩn đoán có trạng thái chưa biết

5 Giải pháp chẩn đoán: Đây là công việc cuối cùng trong chẩn đoán kỹ thuật để dẫn đến việc bảo trì trạng thái

1.1.2 Chẩn đoán động cơ trên cơ sở mô hình trợ giúp

Những thiết bị phục vụ sản xuất ở các đơn vị khai thác được nhập khẩu từ các nước phát triển đã có phần mềm chuyên dụng để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của động cơ trong quá trình sử dụng Hai bước quan trọng trong chẩn đoán

đó là quá trình nhận biết lỗi và chẩn đoán:

Nhận biết lỗi: Giám sát và nhận dạng lỗi, tạo dấu hiệu lỗi so sánh với

trạng thái chuẩn xác định triệu chứng hư háng

Chẩn đoán: Cô lập lỗi và phân tích lỗi, xây dựng quan hệ giữa lỗi và triệu

chứng hư háng

Thành phần quan trọng của chẩn đoán động cơ bằng phần mềm chuyên dụng hay chẩn đoán động cơ trên cơ sở mô hình trợ giúp là các kiến thức về quá trình hoạt động của đối tượng chẩn đoán, có thể tách thành hai khối kiến thức:

- Kiến thức chuyên gia: là loại kiến thức không thể mô tả chính xác mà chỉ thể hiện ở dạng quan hệ định tính, định lượng không chính xác

Thụng thường cỏc kiến thức này xuất phỏt từ kinh nghiệm của người

sử dụng hoặc cỏc chuyờn gia và cú thể là cỏc quy luật bằng ngụn ngữ

- Kiến thức giải tớch: dựa trờn cơ sở cỏc phương trỡnh toỏn học, cỏc thuật toỏn biểu diễn chớnh xỏc cỏc kiến thức về quỏ trỡnh, cỏc dạng tiờu biểu

để biểu diễn kiến thức giải tớch là cỏc cụng thức vật lý hoặc cỏc quan

hệ tham số toỏn học

- Phương phỏp nhận biết lỗi trờn cơ sở mụ hỡnh trợ giỳp:

Kết quả chẩn đoỏn lỗi phụ thuộc chớnh vào năng lực biểu hiện, tớnh tổng quỏt và chất lượng của dấu hiệu chẩn đoỏn và triệu chứng hư hỏng tạo ra từ quỏ trỡnh nhận biết lỗi Đến nay người ta đó sử dụng rất nhiều phương phỏp nhận biết lỗi, cú thể phõn chia thành hai nhúm: phương phỏp nhận biết lỗi trờn cơ sở

mụ hỡnh quỏ trỡnh và phương phỏp nhận biết lỗi trờn cơ sở mụ hỡnh tớn hiệu

Hỡnh 1 1: Phương phỏp nhận biết lỗi trờn cơ sở mụ hỡnh trợ giỳp

Cỏc dấu hiệu chẩn đoỏn nhận được từ cỏc mụ hỡnh tớn hiệu hoặc mụ hỡnh quỏ trỡnh được so sỏnh với cỏc tớn hiệu chuẩn, cú nghĩa là so với cỏc tớnh chất quỏ trỡnh khụng cú lỗi Nếu dấu hiệu quỏ trỡnh thay đổi một độ lệch nhận biết được so với trạng thỏi chuẩn thỡ sẽ tạo ra một triệu chứng thụng bỏo về trạng thỏi

cú lỗi, cú hư hỏng của quỏ trỡnh Để chẩn đoỏn chớnh xỏc lỗi cần tiếp tục đỏnh giỏ cỏc triệu chứng trong giai đoạn chẩn đoỏn lỗi

- Phương phỏp chẩn đoỏn lỗi trờn cơ sở mụ hỡnh trợ giỳp:

Chẩn đoỏn lỗi bao gồm hai giai đoạn cơ bản: cụ lập lỗi và phõn tớch lỗi hay cũn gọi là nhận dạng hư hỏng Trong giai đoạn cụ lập lỗi tiến hành tỏch lỗi

từ cỏc triệu chứng và phõn loại chỳng Mỗi trường hợp hư hỏng sẽ cú một biểu hiện của triệu chứng khỏc nhau Trong giai đoạn phỏt triển một hệ thống chẩn

Nhận biết lỗi trên cơ

sở mô hình trợ giúp

Phân tích mô hình tín hiệu

Phân tích mô hình quá trình

Mô hình

tín hiệu

tham số

Phân tích hàm t-ơng quan

Phân tích phổ

Phân tích sóng

Đánh gía tham số

Đánh gía trạng thái

Cân bằng

đồng

đẳng

đoán người ta xác định các quan hệ giữa các hư háng thực xuất hiện hoặc các hư háng nhân tạo với các dấu hiệu từ phân tích lý thuyết hoặc đánh giá các số liệu thực nghiệm và lưu giữ chúng ở một dạng thích hợp Khi chẩn đoán người ta đối thoại với cơ sở dữ liệu đó để tìm ra một lời giải phù hợp

Trong khi theo ý nghĩa vật lý thì hư háng là nguyên nhân của triệu chứng, còn khi chẩn đoán, hư háng lại được kết luận theo triệu chứng

Khi phân tích lỗi cần xác định trạng thái có lỗi của quá trình và hư háng gây ra theo loại, trị số và nguyên nhân hư háng Nhiều khi cả sự xuất hiện theo thời gian của hư háng cũng được quan tâm

Hình 1 2: Quan hệ hư háng- Triệu chứng theo ý nghĩa vật lý và khi chẩn đoán

Phân tích hư háng trong các trường hợp phụ thuộc vào chất lượng của triệu chứng tạo lập được Việc đánh giá cường độ tác động các triệu chứng cho biết trị số của hư háng Có thể xảy ra cả các trường hợp nhiều hư háng khác nhau tác động khác nhau vào một triệu chứng Việc xác định loại hư háng cho biết rằng đây có phải là một hư háng hệ thống hay hư háng ngẫu nhiên Cuối cùng việc phân tích tính chất thời gian cho khả năng phân biệt theo dạng hư háng thường xuyên, hư háng nhất thời, hư háng gián đoạn, hư háng không quy luật hoặc hư háng kéo dài Trung tâm của chẩn đoán lỗi thiết lập biểu diễn kiến thức chẩn đoán đạt được qua quan hệ hư háng- triệu chứng Trong trường hợp lý tưởng việc tạo lập triệu chứng đã cung cấp một kết quả sử dụng được, nếu mỗi triệu chứng phản ánh một hư háng xác định Sau đó chỉ cần giám sát mỗi triệu chứng mỗi khi vượt quá ngưỡng trên và ngưỡng dưới là đủ Đa số các trường hợp không có được điều kiện này và cần có một sự đánh giá chi tiết hơn các triệu chứng để phân tích hư háng

TriÖu chøng

TriÖu chøng

TriÖu chøng

TriÖu chøng

TriÖu chøng

ChÈn

®o¸n

NhËn biÕt h- háng

1.1.3 Phương pháp chẩn đoán động cơ hiện đang được dùng trên ô tô

Trong quá trình sử dụng, công suất có Ých của động cơ giảm chậm và chi phí nhiên liệu riêng tăng chậm Các chỉ tiêu này bị làm xấu dần đi thường là do

có sai lệch đối với các thông số điều chỉnh của các hệ thống trong động cơ và không thể làm cơ sở để gửi đi sửa chữa lớn Phần lớn các trường hợp giảm nhỏ

về công suất và suất tiêu hao nhiên liệu có thể được khắc phục ngay ở cơ sở vận tải hoặc các trạm bảo dưỡng nhỏ, đặc biệt khi ở đó có các thiết bị đánh giá định lượng các chỉ tiêu này

Các nguyên nhân cơ bản của các háng hóc trên động cơ thường là do hở đường nạp không khí, điều chỉnh sai hoặc có thay đổi góc bắt đầu phun, kẹt tắc các thiết bị phun nhiên liệu và nói chung là sai lệch trạng thái hoạt động đúng của hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu Đối với mỗi dạng cấu trúc của các

hệ thống này, các sai lệch sẽ có những biểu hiện riêng, thí dụ đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ Diezen là sai lệch các trạng thái của vòi phun hoặc bơm cao áp Các nguyên nhân khác là chất lượng các chi tiết làm kín kém, các chi tiết không được xiết đủ chặt, điều chỉnh không đúng các cơ cấu và hệ thống, làm sạch kém các bộ phận lọc dầu, rò rỉ ở hệ thống làm mát Khả năng làm việc của động cơ được đánh giá cơ bản bằng các chỉ tiêu công suất và tính tiết kiệm nhiên liệu (chi phí nhiên liệu riêng) cũng như chất lượng khởi động, mức ồn và gõ Những sai lệch chủ yếu ảnh hưởng đến khả năng làm việc của động cơ là: hao mòn các chi tiết của nhóm pittông- xi lanh, mòn cổ thanh truyền

và cổ chính của trục khuỷu, sai lệch về điều chỉnh trong cơ cấu xu páp và ở hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu

Hao mòn thường có ở các liên kết vòng găng pittông, các ổ đỡ chính và ổ

đỡ thanh truyền Thường gặp hơn cả trong các ổ đỡ là sự phá hủy líp chống ma sát, xước trên bề mặt cổ trục, làm nóng chảy hoặc Ðp vỡ tróc líp chống ma sát, gây tắc lỗ dẫn dầu

Trong nhóm pittông- xi lanh các hư háng và sai lệch chủ yếu là: tăng khe

hở hướng kính giữa xi lanh và pittông, khe hở trong liên kết giữa vòng găng hơi

và dầu trên pittông, khe hở ở trong chốt pittông, giảm đàn hồi và vì gẫy vòng găng hơi, dầu Nếu nhóm pittông xi lanh không kín khít sẽ làm tăng lọt khí từ không gian bên trên pittông xuống các te Điều đó làm xấu chất lượng tạo hỗn hợp và đốt cháy nhiên liệu và tiếp theo làm tăng chi phí nhiên liệu riêng, tăng độ khói khí xả, tăng ô nhiễm môi trường

Sai lệch chủ yếu của hệ thống bôi trơn là giảm áp suất dầu trong mạch dầu chính do các nguyên nhân sau: mức dầu trong các te thấp, mòn liên kết trong cơ cấu trục khủy thanh truyền, giảm lượng cung cấp của bơm dầu, sai lệch về điều chỉnh van an toàn, độ nhít dầu thấp.v.v

Sai lệch trong cơ cấu phân phối khí dẫn đến giảm công suất động cơ, tăng chi phí nhiên liệu gây ồn gõ, tăng hao tổn dầu nhờn Hao tổn dầu tăng là do lọt qua các bộ phận làm kín, thông hơi các te kém, mòn vòng găng pittông, pit tông

và xi lanh, mòn bạc dẫn hướng xu páp và làm mất độ kín

Các thông số chẩn đoán trong đại đa số các trường hợp được đặc trưng bởi phương pháp chẩn đoán Các phương pháp hiện đại để chẩn đoán động cơ dùa trên việc đo các thông số chẩn đoán cơ bản sau:

- Các thông số biên độ- pha của các quá trình làm việc tạo bởi độ nhít làm việc của chất lỏng hoặc khí, trong hệ thống bôi trơn, hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống trao đổi khí của động cơ

- Các thông số đặc trưng cho trạng thái hoạt động của các phần tử trong mạch điều khiển điện tử Trên đa số các động cơ hiện đại ứng dụng điều khiển điện tử được bè trí chức năng tự giám sát, chẩn đoán và lưu trữ các trạng thái hoạt động của mạch điều khiển

- Các thông số đặc trưng của dao động hoặc ồn tạo bởi tác động qua lại của các cặp liên kết động học Khi chẩn đoán động cơ nhiều xi lanh, để

cã năng suất chÈn đoán lớn nhất người ta sử dụng các xung được tạo

ra bởi các hệ thống khác nhau nối tiếp nhau theo tất cả các xi lanh tương ứng với trình tù làm việc của chúng Để phân tích hệ thống nhiên liệu trong động cơ Diezen có thể sử dụng các xung áp suất nhiên liệu được tạo ra ở các nhánh bơm nhiên liệu Để phân tích độ kín của nhóm pittông xi lanh có thể sử dụng xung áp suất khí tạo ra trong cac te; Để phân tích trạng thái của cơ cấu phân phối khí có thể sử dụng xung áp suất khí tạo ra trong đường nạp và đường thải Để phân tích quá trình nén trong xi lanh có thể sử dụng xung dòng điện và điện áp ở chế độ quay không động cơ

Thực tế khi động cơ đốt trong hoạt động, có rất nhiều hiện tượng phát sinh Việc chẩn đoán trạng thái hoạt động động cơ đốt trong được dùa trên biểu hiện của các hiện tượng này để dự báo tình trạng thực tế của chúng

Trong bảo dưỡng, người ta phân loại ra một số hiện tượng cơ bản và qua

đó nghiên cứu, áp dụng các phương pháp phân tích, chẩn đoán cho phù hợp Các hiện tượng làm việc bất thường khi động cơ hoạt động còng nh- các dấu hiệu chẩn đoán đi cùng với chúng bao gồm:

- Dao động: Khi động cơ xuất hiện các hiện tượng bất thường, phần lớn sẽ

làm thay đổi biên độ và tần số dao động của máy Do đó nếu dao động được đo và phân tích, ta có thể xác định được các hư háng của chúng mà không cần dừng hoặc tháo máy Đây chính là lý do tại sao dao động được coi là một đại lượng chỉ thị về tình trạng kỹ thuật của động cơ

- Nhiệt độ: Khi hoạt động mỗi chi tiết trong động cơ làm chức năng thu

hoặc phát nhiệt năng Nếu xác định được nhiệt độ làm việc phù hợp của động cơ và giám sát được quá trình thay đổi nhiệt độ của chóng thì có thể

dự báo được khả năng hư háng có thể xảy ra, xác định chính xác được vị trí cũng như mức độ hư háng Thực tế phương pháp xác định nhiệt độ được áp dụng để nhận biết nhiệt độ của các ổ đỡ trục khủy, xác định trạng thái quá tải ở động cơ

- Chất bôi trơn: Kiểm tra, phân tích sự thay đổi tính chất vật lý và hoá học

của các chất bôi trơn trong quá trình làm việc của động cơ có thể giám sát được trạng thái bôi trơn, mài mòn của các chi tiết cũng như khả năng sử dụng các chất bôi trơn

- Nứt và rò rỉ: Các vết nứt tế vi và rò rỉ nếu không phát hiện kịp thời sẽ

gây hư háng nặng cho các liên kết và cả hệ thống Để xác định các vết nứt

và rò rỉ thông thường người ta hay dùng siêu âm, khí nhóm Halogen, từ trường, độ cách điện, dòng điện xoáy, sóng siêu âm, bức xạ

- Độ ồn: Đé ồn gây ra trong quá trình hoạt động của động cơ được đo và

phân tích cũng có thể cho ta biết về tình trạng của động cơ cũng như các

hư háng có thể xảy ra

- Độ mòn: Giám sát độ mòn của các chi tiết trong hệ thống bôi trơn còng

cho phép xác định được tình trạng hoạt động của hệ thống và qua đó đưa

ra các giải pháp cần thiết để tăng tuổi thọ của động cơ

Với sáu dấu hiệu chẩn đoán nói trên thì chẩn đoán trên cơ sở phân tích dầu bôi trơn có chứa hạt mài mòn kim loại là một trong những dấu hiệu phù hợp

áp dông cho chẩn đoán động cơ đốt trong được người sử dụng đánh giá cao vì:

- Khả năng chẩn đoán tương đối chính xác;

- Phương pháp mang lại giá trị kinh tế cao đặc biệt với các đơn vị được quản lý tập trung và với số lượng thiết bị đủ lớn;

- Thời gian kiểm tra và phân tích các chỉ tiêu liên quan đến việc chẩn đoán nhanh;

- Quá trình chẩn đoán không cần phải tháo rời từng chi tiết của thiết bị nên phần nào giảm được giá thành của việc chẩn đoán;

- Trong quá trình đưa ra kết luận cuối cùng các thiết bị vẫn được hoạt động bình thường giảm thời gian thiết bị phải ngừng hoạt động;

- Ngoài việc chẩn đoán động cơ đốt trong trên cơ sở phân tích dầu bôi trơn phương pháp còn đánh giá khả năng thích ứng của dầu bôi trơn với động

cơ qua từng giai đoạn phân tích;

- Phương pháp chẩn đoán thông qua dầu bôi trơn không chỉ được dùng để chẩn đoán tình trạng hoạt động của động cơ đốt trong mà phương pháp còn được ứng dụng để chẩn đoán những hệ thống được bôi trơn khác như:

hệ thống thuỷ lực, hệ thống hộp giảm tốc, các tuabin lớn của nhà máy phát điện Mở rộng hơn có thể ứng dụng để chẩn đoán tình trạng hoạt động của những thiết bị được bôi trơn bằng mỡ, tuy nhiên cũng cần phải chú ý về cách lấy mẫu, cách pha dung dịch để làm Ferrogram khi phân tích (sẽ được nói kỹ ở phần sau)

Với phương pháp này thay vì sửa chữa, bảo dưỡng phòng ngõa theo thời gian người sử dụng sẽ giám sát, chẩn đoán tình trạng của động cơ đốt trong thông qua các phép đo theo các chu kỳ Tuỳ theo tình trạng của động cơ mức độ phức tạp và quan trọng của nó người ta xác định các khoảng thời gian đo phù hợp và như vậy người bảo dưỡng có thể làm chủ được công việc của mình

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tình hình trong nước về vấn đề chẩn đoán động cơ đốt trong về mặt bôi trơn, mài mòn thực tế không có nhiều mà chủ yếu các nghiên cứu về hao mòn và

hư háng từng cặp chi tiết chịu ma sát có ảnh hưởng đến tính kinh tế kỹ thuật của động cơ Tuy nhiên các nghiên cứu này cũng là cơ sở cho việc chẩn đoán của động cơ đốt trong sau này

Khởi nguồn về nghiên cứu hao mòn và hư háng nhóm chi tiết cơ bản của động cơ: xi lanh, trục khuỷu, xupáp v.v Ở nước ta được bắt đầu từ những năm

1960 do các nhà cơ khí nông nghiệp Việt nam tiến hành, với sự giúp đỡ của Giáo sư tiến sỹ Alêchxandrôv [1] Nhưng do hạn chế về mặt thời gian và điều kiện khảo sát nên số máy được nghiên cứu quá Ýt, các số liệu thu được về hao mòn không đủ để rót ra quy luật mòn của xi lanh cũng như các chi tiết khác của động cơ sử dụng ở nước ta thời gian đó

Năm 1969 trong luận án phó tiến sỹ ở Liên xô ‘Nghiên cứu khả năng ứng dụng các phương pháp nghiên cứu hao mòn các chi tiết quan trọng nhất của máy kéo, máy nông nghiệp đang dùng ở Liên xô vào điều kiện Việt Nam’ tác giả Tào Văn Chiêu đã dùng phương pháp thống kê đo lường để nghiên cứu quy luật mòn của trục khuỷu động cơ SMD-14 với kích thước mẫu thử là 100 Còng nghiên cứu về vấn đề này năm 1981 tác giả Nguyễn Bình trong luận án phó tiến sỹ của mình tại Việt nam đã dùng phương pháp thống kê để khảo sát quy luật mòn của trục khuỷ động cơ D50 Với hai công trình nghiên cứu này các tác giả đã đưa đến kết luận cuối cùng là: số lớn động cơ hao mòn xảy ra đúng như biểu đồ tổng hợp lực gây hao mòn đã nêu trong các giáo trình về thiết kế động cơ đốt trong Tuy vậy trong nhiều trường hợp do biến dạng khi lắp ghép, do tác động của tải trọng, do thay đổi tính chất vật liệu của trục và thân máy quy luật mòn cổ trục

có sai khác đôi chút so với lý thuyết

Năm 1984 đã có nghiên cứu về hao mòn các nhóm chi tiết chính động cơ Điezen ngành địa chất của tác giả Nguyễn Văn Bào [1] Trong công trình nghiên cứu của mình tác giả có đề cập đến quy luật hao mòn nhóm các chi tiết chính ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ: xi lanh, trục khuỷu, mối lắp ghép xu páp- bạc dẫn hướng và đặc biệt trạng thái mòn của bộ đôi chính xác bơm cao áp Tuy nhiên để đưa ra quy luật mòn các chi tiết chính nói trên tác giả đã phải khảo sát một số lượng động cơ khổng lồ, tháo rời từng chi tiết ma sát

đo trực tiếp các bề mặt làm việc làm tốn rất nhiều thời gian, công sức và chi phí cho công việc này: ví dụ muốn khảo sát dạng mòn của xi lanh động cơ phải tháo rời đo trực tiếp 272 xi lanh các loại, khảo sát quy luật mòn của bộ đôi Pittông- xilanh bơm cao áp phải đo 492 bộ đôi Pittông bơm cao áp và 270 cặp van nén bơm cao áp của các động cơ điezen

Về chẩn đoán thiết bị đặc biệt động cơ đốt trong ở lĩnh vực nghiên cứu cũng như thực tế sản xuất ở nước ta không có nhiều Trong lĩnh vực nghiên cứu,

năm 2000 Viện nghiên cứu cơ khí đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học ‘Ứng

dụng công nghệ thông tin trong giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị dùa trên kỹ thuật dao động’ Tuy nhiên do quy mô nhỏ của đề tài, mức độ nghiên

cứu chỉ dừng lại ở việc đánh giá ảnh hưởng của dao động đến tình trạng hoạt động của hệ thống thiết bị, đưa ra mô hình tổng quát cho các hệ thống giám sát

và chẩn đoán tình trạng thiết bị dùa trên kỹ thuật giám sát và chẩn đoán dao động máy Chưa có các nghiên cứu sâu và cụ thể về ảnh hưởng của dao động cũng như các yếu tố khác (nhiệt độ, dầu bôi trơn, độ ồn ) đến tình trạng hoạt động của hệ thống thiết bị nói chung và động cơ đốt trong nói riêng

Năm 2004, Kỹ sư Nguyễn Hải Hà thuộc Viện nghiên cứu cơ khí với đề tài: ‘Nghiên cứu triển khai quy trình công nghệ kiểm soát, đánh giá tình trạng kỹ thuật của máy móc, thiết bị bằng phương pháp phân tích dao động, nhiệt độ và dầu bôi trơn’ đã đưa ra 3 tiêu chí đánh giá tình trạng thiết bị của Nhà máy giấy Bãi Bằng [3] Với đề tài nghiên cứu của mình, lần đầu tiên tác giả áp dụng công nghệ chẩn đoán hiện đại để làm chủ các thiết bị trong dây truyền sản xuất của nhà máy giấy, tuy nhiên với các hạt mài mòn ra ở các chi tiết trong thiết bị chỉ được định lượng và xét xem có nằm trong giới hạn cho phép hay không từ đó đưa ra thời điểm thay dầu hợp lý mà không quan tâm đến nguyên nhân mài mòn không bình thường cũng như nguồn gốc các hạt mài mòn của các chi tiết Ngoài

ra với phương pháp trên tác giả cũng không đưa ra được hình dáng kích thước màu sắc các hạt mài mòn làm thiếu những thông tin cần thiết cho việc chẩn đoán

ở mức độ sâu hơn

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Ngay từ đầu những năm 50 của thế kỷ 20, kỹ thuật chẩn đoán thiết bị tiên tiến đã liên tục phát triển và ứng dụng rộng rãi tại các dây truyền sản xuất của các nước công nghiệp phát triển [3] Hàng loạt các phương pháp chẩn đoán và sau đó phương pháp bảo dưỡng tiên tiến ra đời (PM- Predictive Maintenance, TPM, TQM ) thay thế cho các phương pháp cũ lạc hậu trong các dây chuyền sản xuất như bảo dưỡng khi hư háng và bảo dưỡng theo các chu kỳ thời gian Mét trong những điểm khác biệt chủ yếu của các hệ thống chẩn đoán tiên tiến so với các phương pháp cổ điển là việc ứng dụng hệ thống giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị phục vụ công tác bảo dưỡng

Đến năm 1972 D ANDERSON đã ứng dông Ferrograph chẩn đoán trên các trang bị cho các đơn vị Hải lục không quân của Mỹ [18,28] Bằng những thông tin lấy được trên các hạt mài mòn kim loại lẫn trong dầu bôi trơn Anderson đã tổng kết và đưa ra những hư háng thường thấy ở các chi tiết được bôi trơn cưỡng bức, động cơ tuabin khí, hộp giảm tốc của máy bay trực thăng Tuy rằng vào thời điểm này vẫn chưa tìm ra được các dạng hạt mài cần thiết cho việc chẩn đoán nhưng bắt đầu từ đây phương pháp phân tích hạt mài bằng Ferrograph được hình thành và mở ra một hướng nghiên cứu mới cho các nhà khoa học ngành tribology

HOFMAN MV và JOHNSON JH năm 1977 trong phòng thí nghiệm của mình đã phát triển lý thuyết về Ferrograph để đo kích thước các hạt mài mòn trong dầu bôi trơn qua đó đưa ra điều kiện vận hành không bình thường của động cơ Điezen [38] Tuy nhiên đây mới chỉ là nghiên cứu mang tính chất lý thuyết và các động cơ thử nghiệm của tác giả là các động cơ chuẩn còn trong thực tế sản xuất còn một số điều kiện khác cũng ảnh hưởng đến tính chất mài mòn của các chi tiết chịu ma sát

Cùng ứng dụng phương pháp Ferrograph chẩn đoán trên các trang bị cho hải quân Mỹ, năm 1979 BOWEN ER và BOWEN JP đã phân tích các hạt mài mòn kim loại trong mỡ bôi trơn và đây cũng là một trong những ứng dụng quan trọng của phương pháp Ferrograph Điểm chú ý quan trọng trong nghiên cứu của các tác giả là việc pha chế và lấy mẫu khi thực hiện phương pháp Ferrograph khác xa so với việc thực hiện với chất bôi trơn lỏng Bằng hàng loạt phép phân tích và đánh giá trên các chi tiết được bôi trơn bằng mỡ tác giả đã đưa ra được hình dạng, màu sắc, kích thước của các hạt mài mòn có khác đôi chút so với các chi tiết được bôi trơn bằng chất lỏng đồng thời tác giả cũng đưa ra được thời hạn thay mỡ bôi trơn với các chi tiết chịu tải trọng khác nhau

ROYLANCE BJ và POCOCK G năm 1983 theo một hướng khác đã nghiên cứu hiện tượng mài mòn các chi tiết ma sát thông qua nồng độ các hạt mài mòn kim loại trong dầu bôi trơn Theo các tác giả nồng độ phân bố các hạt

mài mòn kim loại trong dầu bôi trơn quyết định tuổi thọ của chi tiết cũng như tuổi thọ của dầu bôi trơn, tuy nhiên những nghiên cứu này của tác giả chỉ dừng lại ở những hạt mài mòn có kích thước lớn hơn 10m còn những hạt có kích thước nhỏ hơn thì ngoài phạm vi nghiên cứu do thiết bị không đáp ứng vào thời điểm đó [80]

Năm 1984 phát triển cùng với những phương pháp chẩn đoán trước đây BECK JW và JOHNSON JH đã ứng dụng phương pháp Ferrograph phân tích những hạt mài trong dầu bôi trơn qua đó phát hiện những bÊt thường của động

cơ Điezen [21]

Năm 1991 người học trò của ANDERSON là J.S STECKI đã nghiên cứu

và đưa ra việc giám sát điều kiện hoạt động của động cơ đốt trong bằng các hạt mài mòn được giữ lại trên các bầu lọc và trên Ferrogram Việc ứng dụng các thành tựu của lý thuyết này được áp dụng rộng rãi với các trang bị động lực cỡ lớn sau này

Trong tài liệu IN- SERVICE OIL MONITOR gần đây của hãng Caltex xuất bản năm 1993 có đề cập nhiều đến lợi Ých của việc phân tích dầu bôi trơn

đã qua sử dụng [44]:

- Sớm cung cấp những hư háng tiềm tàng trong thiết bị;

- Xác định những điều kiện vận hành không bình thường của thiết bị;

- Xác định việc sử dụng hợp lý sản phẩm dầu bôi trơn (thời điểm thay dầu bôi trơn thích hợp nhất)

MALTE LUKAS tại hội nghị quốc tế về ma sát học ở Massachusetts- Mỹ năm 1996 đã ứng dụng việc giám sát điều kiện bôi trơn của các cặp ma sát trong động cơ đốt trong để chẩn đoán tuổi thọ và thời gian thay dầu hợp lý cho động

cơ Theo báo cáo này LUKAS cho rằng nếu sử dụng hàm lượng lưu huỳnh trong dầu DO hợp lý cùng với chế độ làm việc ổn định thì thời gian thay dầu bôi trơn

có thể tăng lên 1,2-1,3 lần [60]

Còng trong năm 1996 B.K.N RAO đã đưa ra cẩm nang giám sát điều kiện hoạt động của thiết bị cơ khí nói chung [22] Theo tác giả muốn giám sát chặt chẽ điều kiện hoạt động của thiết bị cơ khí nói chung thông qua các chỉ tiêu của dầu bôi trơn cần phải dùa trên 3 nguồn thông tin chính: chỉ tiêu hoá lý của dầu bôi trơn, các hạt mài mòn trong dầu bôi trơn và cuối cùng điều kiện làm việc của dầu bôi trơn

Cùng với các nhà nghiên cứu Anh, Mỹ đến năm 2000 ISTRAN BALOGH người Hungary đưa ra lý thuyết điều kiện tạo thành hạt mài mòn hình cầu ở các chi tiết bôi trơn và Ông đã đi đến kết luận có ý nghĩa rất quan trọng: chỉ các chi tiết chịu tải trọng lớn, chế độ bôi trơn kém, nhiệt độ làm việc cao mới tạo thành các hạt mài hình cầu [38] Trong khi nghiên cứu các hạt mài mòn kim loại trong

dầu bôi trơn thì khi hạt mài hình cầu xuất hiện lập tức phải dừng thiết bị ngay trước khi xảy ra những hư háng đáng tiếc

Sau này ứng dụng các phương pháp kỹ thuật hiện đại để chẩn đoán tình trạng hoạt động của động cơ đốt trong nói riêng và của các thiết bị cơ khí nói chung được nhiều tác giả ứng dụng và phát triển theo nhiều hướng khác nhau với mục đích chung: làm chủ được các thiết bị trong khi vận hành qua đó giảm thời gian ngừng hoạt động không mong muốn của thiết bị

Với các thiết bị đặc biệt động cơ đốt trong được nhập khẩu từ các nước phát triển còng đều áp dụng hệ thống giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị là

hệ thống tích hợp (phần cứng- máy đo, đầu đo; phần mềm và giải pháp) thực hiện giám sát tình trạng hoạt động của hệ thống máy móc thiết bị, phân tích các yếu tố tác động lên hệ thống qua đó có thể dự báo chính xác được tuổi thọ thiết

bị, chẩn đoán được các hư háng sẽ xuất hiện trên hệ thống, xác định được vị trí, nguyên nhân và mức độ hư háng Cung cấp đầy đủ các thông tin cần thiết giúp các nhà quản lý và các kỹ sư bảo dưỡng hoàn toàn chủ động trong việc tổ chức sản xuất, chuẩn bị vật tư thay thế và lên lịch sửa chữa bảo dưỡng thiết bị Tuy nhiên hệ thống tích hợp thực hiện giám sát tình trạng hoạt động của hệ thống đã không đề cập đến trạng thái mài mòn của các chi tiết chịu ma sát cũng như chế

độ bôi trơn trong động cơ để khẳng định chất lượng thiết bị trong quá trình sử dụng

Phần tổng quan kể trên tạo điều kiện để tác giả thực hiện đề tài:

‘Chẩn đoán kỹ thuật động cơ điêzen trên cơ sở phân tích tính chất lý hoá của dầu bôi trơn và hạt mài chứa trong dầu’

Qua những nội dung của chương 1 có thể đi đến kết luận:

- Phương pháp bảo dưỡng kỹ thuật dự phòng theo kế hoạch trước đây do không nắm chắc trạng thái mài mòn của máy trong các kỳ bảo dưỡng định

kỳ nên các phần việc liên quan đến tháo, thay mới các cụm hoặc chi tiết của máy do đảm bảo tính dự phòng, thường được làm quá sớm, gây lãng phí do không tận dụng hết tiềm năng sử dụng tiếp của chúng và phá vỡ mối ăn khớp tốt của các chi tiết và các cụm khi tháo và thay thế gây ra Nhờ nắm chắc được trạng thái mài mòn của động cơ qua phân tích dầu chứa các hạt mài mòn sẽ khắc phục được lãng phí này

- Phương pháp chẩn đoán bôi trơn, mài mòn áp dụng trong bảo dưỡng phòng ngõa theo tình trạng thiết bị có thể duy trì tình trạng kỹ thuật tốt đồng thời đảm bảo chi phí chung cho bảo dưỡng và sửa chữa động cơ là hợp lý nhất

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ Lí THUYẾT VỀ MềN CÁC CHI TIẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

VÀ PHÂN TÍCH DẦU BễI TRƠN TRONG CHẨN ĐOÁN MềN

2.1 CƠ SỞ Lí THUYẾT Về CHẨN ĐOÁN MềN CỦA ĐỘNG CƠ

Tiờu chuẩn chớnh đỏnh giỏ trạng thỏi kỹ thuật của những cặp ma sỏt được bụi trơn trong động cơ đốt trong là tốc độ mài mũn bề mặt cỏc cặp ma sỏt Nhưng tốc độ mũn của từng cặp ma sỏt núi riờng và toàn bộ động cơ núi chung

là rất khú xỏc định và thậm chớ khụng thể kiểm tra được trong quỏ trỡnh sử dụng

Khi động cơ hoạt động cú thể lấy mẫu dầu bụi trơn và đỏnh giỏ trạng thỏi

bề mặt ma sỏt theo thụng số hạt mài mũn chứa trong mẫu dầu vỡ chỳng chứa đựng những thụng tin tỉ mỉ về quỏ trỡnh mũn cỏc cặp ma sỏt trong động cơ Cỏc thụng số đú gồm: nồng độ hạt mài mũn và kim loại trong dầu bụi trơn, sự phõn

bố kớch thước hạt mài mũn, hỡnh dỏng, tỷ lệ kớch thước và thành phần của hạt, trạng thỏi bề mặt hạt, và sự cú mặt cỏc tạp chất phi kim loại cú nguồn gốc khỏc nhau, qua đú đỏnh giỏ cường độ mài mũn, dạng mũn xảy ra trong miền tiếp xỳc, cỏc cụm chi tiết bị mũn nhiều nhất, điều kiện ma sỏt và bụi trơn trong động cơ

Một trong những thụng số quan trọng nhất là nồng độ hạt mài mũn trong dầu Muốn hiểu bản chất của chẩn đoỏn ma sỏt học cần phải lập mối liờn hệ giữa tốc độ mài mũn cỏc cụm chi tiết của hệ thống được bụi trơn và giỏ trị nồng độ cỏc hạt mài mũn trong dầu, chỳng phụ thuộc vào đặc tớnh của hệ thống bụi trơn

2.1.1 Phương trỡnh giữa nồng độ hạt mài trong dầu và tốc độ mũn khi khụng tớnh đến hiệu quả lọc

Một trong những mụ hỡnh tớnh toỏn đầu tiờn liờn hệ giữa nồng độ hạt mài trong dầu và tốc độ hỡnh thành hạt mài mũn trong cỏc cặp ma sỏt của động cơ được D Lotanụm đưa ra với giả thiết cho rằng: tốc độ hỡnh thành hạt mài và tốc

độ mất mỏt dầu của hệ thống là hằng số Tuy nhiờn mụ hỡnh này khụng để ý đến khối lượng hạt mài bị giữ lại trờn lọc và trờn bộ phận khỏc của hệ thống bụi trơn

Phương trỡnh cõn bằng cỏc hạt mài mũn trong dầu của hệ thống bụi trơn được viết:

V q.dtC dC

dt.q.Cdt.mC

Trong đú:C- Nồng độ cỏc C- Nồng độ các hạt kim loại mài mũn trong dầu;

V- Thể tớch dầu dựng trong hệ thống bụi trơn;

m- Khối lượng hạt mài mũn kim loại cuốn vào hệ thống bụi trơn trong một đơn vị thời gian;

t- Thời gian;

T- Tổng số thời gian hoạt động của động cơ

Cho rằng số hạt mài mòn bị mất mát khỏi hệ thống bôi trơn là do số dầu bị mất mát đi

Trong khoảng thời gian từ t đến t+dt, các thông số của hệ thống bôi trơn thay đổi nh- sau:

C

Hình 2 1: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ hạt mài theo thời gian

Sau khi rút gọn phương trình ta được

dC.Vdt

Số lượng dầu còn lại trong hệ thống, sau thời gian t:

t.qV

V 0

Do đó

V q.tdCdt

(2.3) Xác định hằng số tích phân K:

Khi t0, CC'0,

m

C.qVlogK

t=0 V=V0

t+dt

t

C

t

Thay K vào biểu thức trên, lấy t1 và C1 là giá trị tương ứng cuối khoảng thời gian t1, sẽ được biểu thức tính tốc độ hình thành của hạt mài mòn m

0 1

tqV

Vlog

CCq

Từ biểu thức về m sẽ có bất đẳng thức:

0V

tq1

V

tq1log

0 1

tq1

t

t.q1log

tq1log

CCqm

0 1

' 0

2.1.1.1 Thay đổi nồng độ hạt mài mòn khi đổ thêm dầu

Gọi Va0 là lượng dầu đổ thêm

Có thể cho rằng số lượng hạt mài mòn trong hệ thống bôi trơn vẫn giữ nguyên sau khi đổ thêm dầu :

0 0 a 0

' 0

V

V1CC

2.1.1.2 Thay đổi nồng độ hạt mài mòn trong suốt thời gian hoạt động

Thay giá trị '

0

C vào phương trình động học nhiễm bẩn dầu bằng các hạt mài mòn sẽ được:

 

m

CCqV

t.q1log

' 0 1 0

V1CCqV

tq1

0 a 0

1 0

tính đến bổ xung thêm dầu được thể hiện trên hình 2.2

Hình 2 2: Đường cong thay đổi nồng độ hạt mài mòn

Biểu thức tương ứng với từng giai đoạn giữa các lần bổ xung dầu nh- sau:

mV

V1CCqV

tq1

0 a 0

1

0 1

V1CCqV

tq1

1 a 1

2

0 2

V1CCqV

tq1

2 a 2

3

0 3

qV

tq1

2 an 2

n 1 n

0

1 n

tq1

1 an 1

n n

0 n

VC

V

VCV

VCV

VCCCq

0

1 an 1 n 0

2 a 2 0

1 a 1 0

0 a 0 0

i 0

VCV

1 



(2.7)

Nếu coi q=const, thì lượng dầu đổ thêm Van q.tn

Nếu tn=const thì Ci sẽ tính được

Lóc Êy:

mV

C

CCCVCCq

0

1 n 2

1 0 an 0

V

CV

C

CCCVCCq

0

n an 0

1 n 2

1 0 an 0

CC

n 0

2 0

1

nV

T.q1lognV

t.q1

V

t.q1V

t.q1

0 0

A n

nV

T.q1logn

nV2/1nV1CnV2/1nV1Cqm

0 A

A 0

A B

nV

V1

1log

n

nV2/1nV1CnV2/1nV1Cqm

Giá trị m được xác định với 0

nV

T.q1

1lognnV

T.q1logn

B 0

A B

nV

T.q1

1log

n

nV2/1nV1CnV2/1nV1Cqm

nV

T.q1

1log

n

V

V.C.qm

Với m, q và T/n đã biết, CL nồng độ trung bình của chu kỳ là :

0

0 L

nV

T.qnV

T.q1

1log

0 A 0

1

V

tq1log

V

V1CCqm

T

CC

V

m 0 B A

Biểu thức này đã có trong phần trên

2.1.1.3 Công thức của hãng Roll-Roy

Nếu n đủ lớn và qt rất nhỏ so với Vo thì:

n1/n1

n1/n1

0 0 n

0 0

V

qTnV

nqT

nV

T.q1

1log

nV

T.q1

1log

0 A

0 A 0 A 0 B 0

0 0

A A

0 A B

M 0

0

A A 0

B B

dt

dCVV

2

qTCCV2

qTCCT

2.1.1.4 Cơ sở chọn khoảng cách giữa hai lần lấy mẫu

Rõ ràng m phụ thuộc vào qT/V0 tức là phụ thuộc số phần trăm dầu mới bổ xung giữa hai lần lấy mẫu

Do đó xác định khoảng thời gian đảm bảo qT/V0 là hằng số là điều hợp lý Muốn vậy, cần lấy một giá trị qT/V0 bằng một hệ số bất kỳ nào đó chẳng hạn 2/3 tức là T= 2V0/3q sẽ tìm được thời gian lấy mẫu

Do mục đích kỹ thuật T thông thường không vượt quá 100-125 giê

Riêng với động cơ cỡ lớn giá trị này có thể thay đổi

2.1.2 Phương trình giữa nồng độ hạt mài và tốc độ mòn bề mặt ma sát có tính đến hiệu quả lọc

Trong công trình [17] giới thiệu mô hình toán học và phương pháp xác

định tốc độ hình thành các hạt mài mòn trong động cơ điezen Trong mô hình này bình lọc nhiên liệu là bộ phận tích giữ các hạt mài mòn được hình thành trong động cơ

Trong mô hình toán học sử dụng các giả thiết sau:

- Các hạt mài mòn sau khi vào hệ thống bôi trơn được hoà trộn tức thời với dầu nhờn chứa trong hệ thống thành một dung dịch đồng nhất

- Thể tích dầu trong bình lọc bằng không, nói khác đi thể tích bình lọc nằm trong thể tích toàn phần của hệ thống dầu bôi trơn

- Tốc độ hình thành hạt mài mòn, lưu lượng dầu đi qua hệ thống (Q), thể tích toàn phần VS và hiệu quả lọc dầu trong suốt thời gian động cơ hoạt động được coi là không thay đổi

- Thể tích đường ống dẫn dầu nằm trong thể tích toàn phần VS của hệ thống, tốc độ hình thành các hạt mài mòn được xác định như sau:

i N 1 i

* hat

*

'm'

N – Số lượng mặt mài mòn tạo ra các hạt

m’hat – Tốc độ hình thành hạt theo khối lượng, mg/phút

Các hạt mài mòn, được hình thành trong từng cặp ma sát của động cơ có luật phân phối nhất định theo kích thước Tốc độ hình thành hạt mài mòn có thể tính theo luật phân phối về kích thước của những hạt đó, vì cơ cấu loại trừ hạt mài mòn như bình lọc dầu, chủ yếu phụ thuộc kích thước hạt Tốc độ hình thành hạt theo khối lượng có thể được tính theo sự phân phối kích thước của hạt, được tạo ra trên mỗi bề mặt ma sát:

j K 1 j

* hat

*

'm'

ij K 1 j

* hat

*

'm'

Tuy nhiên phải thấy một hiện tượng là sự phân phối kích thước của các hạt trên động cơ thực tế còn chịu ảnh hưởng của việc các hạt lớn còn bị nghiền giữa các mặt ma sát để tạo nên những hạt nhỏ hơn

Phương trình cân bằng của hệ thống từ thời gian t=0 đến thời gian t có dạng :

0

* 0 0 S ) t

VS- Thể tích dầu trong hệ thống dầu bôi trơn động cơ

Co- Nồng độ hạt mài mòn ban đầu khi t=0, mg/ml

Hiệu quả lọc có thể biểu thị qua biểu thức sau:

) qualoc ( hat

*

) giulai ( hat

* K

1 j

j

''m

*

''

m - Tốc độ hạt đi vào lọc, tính theo khối lượng, mg/phút

Hiệu quả toàn phần của bình lọc là hàm của lực phân phối theo kích thước hạt, do đó hiệu quả lọc sẽ tăng khi tăng kích thước hạt

Lưu lượng khối lượng hạt mài qua lọc sẽ là:

) t ( )

denloc ( hat

*

C.Q''

Trong đó:

Q- Lưu lượng dầu qua lọc

Lóc Êy, tốc độ hạt mài mòn bị giữ lại ở bình lọc

) t ( )

giulai ( hat

*

C.Q.'

Kết quả thu được

* i

¸ 0 S ) t

) t ( )

t (

V

mV

CQ.dt

m luôn là hằng số và nồng độ ban đầu của hạt mài khi t=0

là C0, cuối cùng được biểu thức:

Q

'mV

Qt.expQ

'mCC

*

S

* 0 )

- Thời gian đạt nồng độ hạt mài cân bằng

 là hàm của tính hiệu quả lọc , thể tích dầu toàn phần và lưu lượng dầu đi qua

hệ thống dầu

Thể tích toàn phần và lưu lượng dầu là những đặc tính đã biết của động cơ Tính hiệu quả của bình lọc- là giá trị chưa biết và là hàm số của kích thước lỗ của lưới lọc và quy luật phân phối kích thước của hạt mài mòn Trong khi kích thước hạt mài mòn có ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian đạt tới trạng thái cân bằng được tính theo biểu thức C(d) khi động cơ hoạt động lâu dài và t tiến tới vô cực:

Q

mC

C(p)- Nồng độ cân bằng của hạt mài mòn, mg/ml

Biểu thức tính C(p) xác định giá trị nồng độ cân bằng của các hạt mài mòn của động cơ khi động cơ hoạt động ở một chế độ không đổi Nồng độ cân bằng của

các hạt mài mòn phụ thuộc ba yếu tố- trong đó chỉ biết rõ một yếu tố đó là: lưu lượng dầu qua động cơ Như vậy, về mặt lý thuyết đã khẳng định rằng đối với một động cơ bất kỳ khi hoạt động ở một chế độ nhất định với chế độ mài mòn bình thường thì luôn luôn tồn tại một giá trị nồng độ cân bằng của hạt mài mòn trong dầu, giá trị này không đổi trong suốt thời gian hoạt động của động cơ Sự tăng trưởng giá trị nồng độ này chỉ rõ chế độ mài mòn không bình thường, lúc

Êy trạng thái kỹ thuật của động cơ có thể không đáp ứng được yêu cầu hoạt động tiếp Sự tăng trưởng giá trị nồng độ hạt mài vượt quá giới hạn cân bằng sẽ không thể xảy ra đối với các cặp ma sát mài mòn bình thường

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HƯ HÁNG DO MÒN CỦA VẬT LIỆU

2.2.1 Thông số cơ bản của vật liệu ma sát

Hình 2 3: Những thông số quan trọng của hệ thống ma sát

Có hai đặc trưng của cặp ma sát gây nên hư háng bề mặt:

- Cường độ mòn ;

- Đặc trưng mòn (dạng mòn và phoi)

TÝnh chất của cặp ma sát trong quá trình mòn được miêu tả với hai nội dung:

- Vật liệu, đặc biệt là vật liệu kề cận với vùng tiếp xúc (thành phần, tổ chức kim tương) Vật liệu bôi trơn và môi trường với tư cách là môi chất trung gian có ảnh hưởng rõ rệt tới sự tương tác ma sát;

- Điều kiện tiếp xúc cặp ma sát dưới tác dụng của tải ma sát gồm: Biến dạng hình học, nhiệt độ tiếp xúc…

Tải ma sát được thể hiện:

- Tập hợp tải (tải trọng, tốc độ tương đối, dạng chuyển động, quá trình chuyển động và nhiệt độ môi trường) ;

- Thời gian duy trì tải và phương thức gia tải

Líp biên bao gồm: líp biên trong và líp biên ngoài (hình 2.4)

Hình 2 4: Cấu tạo khu vực bề mặt kim loại

Khi ma sát, ôxyt phát sinh trên bề mặt kim loại biến dạng dẻo, líp ôxyt đã hình thành thậm chí dày hơn 200 lần líp ôxyt sinh ra ở nhiệt độ thấp trên bề mặt sắt không biến dạng Còn chất bôi trơn có phụ gia tạo mạng chống mòn, giảm

ma sát, dưới tác dụng của tải ma sát cũng sinh ra líp biên ngoài không đồng nhất trên bề mặt ma sát Khác với tính không đồng nhất líp biên ngoài của chi tiết chưa nhiệt luyện, líp biên trong thường có thành phần hoá học tương đồng với vật liệu nền thể hiện tính đồng nhất Do cường hoá cục bộ và biến dạng dẻo, líp biên trong có độ cứng, kết cấu tổ chức, cường độ và tính dẻo không đồng đều, là nguồn gốc hình thành các vết nứt của vật liệu Có thể thông qua biện pháp xử lý

bề mặt và phủ bề mặt làm thay đổi thành phần hoá học của líp biên trong qua đó làm thay đổi kết cấu tổ chức và đặc tính mòn

2.2.3 Tập hợp tải ma sát

Tải ma sát có thể không đổi hoặc biến đổi giữa giới hạn trên và dưới; dao động hoặc va đập; ngoài ra còn các dạng chuyển động khoan (vừa quay tròn vừa tịnh tiến), lăn thuần tuý (khi tiếp xúc không biến dạng) Trong các cặp ma sát loại cầu/ mặt phẳng, cầu/ cầu, cầu/ổ đỡ hình cầu, trụ/ mặt phẳng, trụ/ trụ, trụ/ bạc

đỡ hình trụ.v.v (hình 2.5), sù phân bố ứng suất không đều cả trên và ở sâu dưới

líp bề mặt

Hình 2 5: Các dạng cơ bản của tải ma sát

Mòn là một quá trình động lực học, vì vậy đặc tính mòn của hệ thống ma sát có liên quan tới thời gian gia tải Do đó cần phải khảo sát thêm các mặt sau :

- Trạng thái bắt đầu mòn;

- Quá trình mòn;

- Trạng thái kết thúc mòn

Vì vậy cần phải đề cập tới :

- Kết cấu hệ thống khi bắt đầu mòn (vật liệu, tải và chuyển động);

- Những thông sè của quá trình mòn (ma sát, nhiệt độ, tiếng ồn);

- Lượng mòn kết thúc (cường độ mòn, hình dạng mòn)

2.2.4 Điều kiện tiếp xúc

Ở trạng thái ma sát khô và ma sát hỗn hợp, tiếp xúc của cặp ma sát chỉ phát sinh trên các điểm tiếp xúc không liên tục Các điều kiện tiếp xúc (tính chất biến dạng, hình học tiếp xúc, trạng thái ma sát, nhiệt độ trong tiếp xúc ma sát) dưới tác dụng của tập hợp tải ma sát đối với đặc tính mòn của hệ thống ma sát là

cực kỳ quan trọng Tại các vị trí tiếp xúc này, cơ chế mòn trực tiếp phát huy tác dụng và như vậy gây nên hư háng do mòn

Trong đó diện tích tiếp xúc thực có ý nghĩa quan trọng nhất

Mức độ phù hợp về hình dáng vĩ mô hai bề mặt ma sát tiếp xúc có thể khác nhau rất lớn

2.2.4.3 Trạng thái ma sát

Hình 2 6: Các loại ma sát động cơ bản

Ma sát là một tổn thất cơ năng trong quá trình chuyển động tương đối tại miền vật liệu tiếp xúc từ khi bắt đầu cho tới khi kết thúc

Hệ sè ma sát luôn được quyết định bởi điều kiện của hệ thống ma sát cụ thể Hệ số ma sát tỷ lệ giữa hai lực, và từ đó quyết định nó chịu sự chi phối của đặc điểm động lực rất rõ nét của quá trình ma sát Ở điều kiện thông thường, hệ

số ma sát  đo được rất phân tán; mặt khác, trong tình trạng mòn khốc liệt thì trị

sè  ngược lại hầu như không đo ra được sự khác biệt gì

Căn cứ điÒu kiện tiếp xúc của cặp ma sát, ta có các dạng ma sát động: ma sát khô, ma sát tới hạn và ma sát ướt cũng như mét vài loại cơ bản của ma sát hỗn hợp (ma sát ướt và ma sát khô, ma sát ướt và ma sát tới hạn )

- Loại chuyển động tương đối;

- Nguyên tố tương tác;

- Cơ chế mòn chủ đạo

Hiển nhiên kết hợp ba đặc trưng này lại với nhau có thể biết được dạng mòn Để xác định đặc tính mòn một cách định lượng hơn, người ta cần phải quan tâm tới những đặc điểm:

- Công đưa vào: phụ tải pháp tuyến, hệ sè ma sát, quãng đường ma sát;

- Tính năng vật liệu có liên quan tới mòn;

- Cường độ mòn;

- Hình dạng ngoài của bề mặt mòn

Nói chung trong tất cả các dạng mòn, tác dụng cơ học của ma sát sẽ gây

ra kích hoạt sự hấp thụ ma sát hoặc phản ứng hoá học ma sát, mà chúng thường xảy ra đồng thời, từ đó làm cho líp biên ngoài của chi tiết ma sát phát sinh biến dạng Sự biến dạng trên diện tích tiếp xúc này đóng vai trò gia tốc (cơ chế tổn thương trước) hoặc là giữ vai trò khống chế (cơ chế bảo vệ) đối với sự phát sinh của cơ chế mòn cơ bản Đây thực ra không phải là cơ chế cơ bản của mòn mà là

cơ chế dẫn dắt và kích hoạt phản ứng hoá học và hấp phụ một cách máy móc của quá trình ma sát Đối với sự thay đổi phát sinh trên diện tích tiếp xúc này, năng lượng bề mặt của chi tiết ma sát là nhân tố có tính quyết định, dưới tác dụng của tải ma sát, năng lượng bề mặt ma sát có thể đạt tới giá trị vô cùng cao Trạng thái kích thích cao này sẽ kích hoạt phản ứng hoá học ma sát Trong quá trình mòn thường xuyên phát sinh cơ chế mòn chồng xếp lên nhau, có liên quan tới kết cấu cơ bản của hệ thống ma sát Do đặc trưng có tính ngẫu nhiên của quá trình mòn cục bộ có thể được xem như một quá trình xác suất Trong quá trình

này, đặc trưng thống kê của điều kiện tiếp xúc và sự hình thành vụn mài chiếm

ưu thế

2.3 QUY LUẬT MÒN CỦA CÁC CHI TIẾT MA SÁT TRONG ĐỘNG CƠ

2.3.1 Các dạng hao mòn và hư háng của bề mặt ma sát

Các dạng phá hoại khi ma sát:

- Hao mòn cơ hoá bình thường do ô xy hoá;

- Hao mòn cơ hoá bình thường do bong dần các líp màng mỏng có nguồn gốc khác ô xýt;

- Dạng cơ hoá của mài mòn

- Tróc loại 1;

- Tróc loại 2;

- Quá trình Fretting (tróc ô xy hoá động);

- Cắt cào xước (dạng cơ học của mài mòn);

- Mái khi ma sát lăn;

- Các dạng hư háng khác (ăn mòn, xói mòn, bào mòn, dập)

2.3.2 Quy luật mòn của các chi tiết ma sát trong động cơ

Khi vận hành, mòn của tất cả các chi tiết làm việc của động cơ là quá trình tất nhiên và không thể tránh khỏi Mối quan tâm chủ yếu là mòn của các chi tiết gây ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của động cơ Trước hết đó là: trục khuỷu và blốc xi lanh, các chi tiết mài mòn của chúng làm ảnh hưởng lớn đến các chỉ số vận hành của động cơ, còn thay thế chúng là việc làm nặng nhọc (bạc lót trục khuỷu, bạc lót thanh truyền, pittông và vòng găng) Mòn của các chi tiết

cơ cấu phân phối khí có thể gây hậu quả xấu đáng kể đối với vận hành của động

cơ Tuy nhiên chúng không phải là dấu hiệu hư háng để đưa động cơ vào sửa chữa lớn là do có thể thay thế nhanh Hơn nữa, mòn của các chi tiết của cơ cấu trên có thể làm động cơ ngừng hoạt động, nhưng không làm giảm tuổi thọ động

cơ

Số lớn các nhà nghiên cứu về hao mòn động cơ cho rằng nhóm chi tiết chính quyết định tuổi thọ, chất lượng làm việc của động cơ Điêzen là xi lanh trục khuỷu, mối ghép xupáp, nhóm chi tiết chính xác bơm cao áp Riêng xi lanh, trục khuỷu còn được lấy làm căn cứ chính để quyết định cấp sửa chữa đại tu hay trung tu động cơ

Tuy quy luật mòn các chi tiết cơ bản của động cơ đã được nghiên cứu ở các nước phát triển nhưng trong điều kiện sử dụng ở nước ta, các yếu tố có ảnh hưởng quyết định đến quy luật mòn như: địa hình, khí hậu, nguyên vật liệu, nhiên liệu dầu mỡ, phụ tùng thay thế, trình độ công nhân vận hành và bảo dưỡng

sửa chữa v.v mà dùa chủ yếu vào quy luật mòn của nước ngoài thì không hoàn toàn thích hợp nên phải điều chỉnh cho phù hợp với đặc thù ở Việt Nam Do đó quy luật mòn của các chi tiết này được đặc biệt chú ý nghiên cứu

Kinh nghiệm cho thấy tính chịu mòn không chỉ phụ thuộc độ cứng và tải trọng Tính đàn hồi của vật liệu, chế độ làm việc (tải, tốc độ, nhiệt độ), điều kiện bên ngoài (môi trường, bôi trơn) và đặc trưng kết cấu cặp ma sát v.v là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới mòn

Trong quá trình các nhấp nhô tế vi trượt khi ma sát, nảy sinh ứng suất nén

và ứng suất ở các vùng khác nhau Mỗi phần tử vật liệu chịu biến dạng đổi chiều Biến dạng lặp đi lặp lại nhiều lần dẫn đến thay đổi tính năng lý hoá của líp bề mặt, tích tụ những hư háng và làm bong những hạt mòn

Ứng suất tương đương eff là ứng suất khi bong hạt mòn:

r ml eff k.k.f P

VI

a

E 



Trong đó:

L: Chiều dài đường ma sát;

VE: Thể tích vật liệu bị mòn trên đường ma sát L;

U: Lượng mòn

Cần lưu ý rằng, chỉ có diện tích tiếp xúc thực tế mới tham gia vào quá trình ma sát, ta có khái niệm lượng mòn riêng:

dA

Vi

r

d

h 

Trong đó:

d: Đường kính trung bình của vết tiếp xúc;

Vd: Thể tích vật liệu bong khỏi diện tích Ar, khi trượt trên đường d (kết quả một lần tương tác của các nhấp nhô bề mặt)

Từ đó ta có:

r

a h a

r h

P

PiA

Ai

Trong một lần tương tác của các nhấp nhô, ta có chiều dày líp mòn là:

nU

Vh  v