nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ẩm đến mòn cặp ma sát chổi than và cổ góp của động cơ điện trong máy công cụ

Chính vì vậy đề tài của luận án đã chọn hướng nghiên cứu là “ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ẩm đến mòn cặp ma sát chổi than & cổ góp của động cơ điện trong máy công cụ ”.. Đề tài nghi

-

1-MỞ ĐẦU

I.Lý do chọn đề tài

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm - gió mùa của Việt Nam, các thiết

bị sử dụng trong trong công nghiệp nói chung và trong nghành cơ khí nói

riêng chịu ảnh hưởng rất lớn của độ ẩm không khí đến chất lượng sản phẩm

cũng như độ chính xác Đặc biệt là thiết bị điều khiển số tích hợp công nghệ

cao như máy CNC, Rôbốt, trung tâm gia công và các máy công nghiệp

khác Các thiết bị này được tích hợp các hệ cơ điện tử ở mức độ hiện đại

hóa khác nhau, chúng đều sử dụng động cơ Secvo DC và AC Trong đó một

số động cơ điện DC có sử dụng chổi than & cổ góp Cặp ma sát chổi than &

cổ góp là một trong những bộ phận cấu thành quan trọng quyết định tuổi

thọ và độ tin cậy của động cơ Secvo DC

Trên thế giới đã có các nghiên cứu về vấn đề tính năng ma sát của chổi

than & cổ góp của động cơ điện Tuy nhiên những năm gần vấn đề tuổi thọ,

độ tin cậy của máy móc thiết bị ngày càng được các nhà khoa học nghiên

cứu nhiều, xác định và đưa ra ứng dụng Phân tích nguyên nhân hỏng hóc,

sự cố của các máy và hệ thống máy đã chỉ ra rằng 85% trường hợp xảy ra là

do nguyên nhân mòn các mối ghép làm việc của cặp ma sát, đặc biệt là

trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm Hiện nay ở Việt nam vấn đề tính năng

ma sát của chổi than & cổ góp của động cơ điện chưa được nghiên cứu

Chính vì vậy đề tài của luận án đã chọn hướng nghiên cứu là “ Nghiên cứu

ảnh hưởng của nhiệt ẩm đến mòn cặp ma sát chổi than & cổ góp của

động cơ điện trong máy công cụ ” Đó là cụm chi tiết quan trọng của động

cơ điện DC có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ và độ tin cậy của máy công cụ và

máy CNC Phù hợp với định hướng nghiên cứu mòn của cặp vật liệu chổi

than & cổ góp đang được nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới

quan tâm, đặc biệt dưới tác động của môi trường để đảm bảo phát triển bền

vững

II Mục đích nghiên cứu của luận án

Luận án tập trung nghiên cứu về mòn của cặp chổi than & cổ góp trong

động cơ điện DC được sử dụng trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm của

Việt nam Nhiều công trình trên thế giới cũng đã bước đầu khẳng định ảnh

hưởng rõ ràng của độ ẩm tới cơ chế mòn của cặp ma sát nhưng chưa xác

định được tính quy luật của ảnh hưởng Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của

hai thông số cơ bản là nhiệt độ và độ ẩm tương đối trong vùng đặc trưng

của khí hậu Việt nam tới lượng mòn của cặp vật liệu chổi than & cổ góp

Thông qua việc nghiên cứu mòn của cặp vật liệu chổi than & cổ góp, đề

tài sẽ tính được tuổi thọ và độ tin cậy của động cơ DC Từ đó xác định được

sự phụ thuộc tuổi thọ dự kiến của cặp chổi than & cổ góp trong động cơ

-

2-điện DC vào sai lệch của độ ẩm tương đối và nhiệt độ so với giá trị trung bình của khí hậu Việt nam Đề tài cũng hướng tới mục đích là xác định tuổi thọ của chổi than & cổ góp trong điều kiện ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm tương đối, cường độ dòng điện thay đổi, dự đoán khả năng thay thế chổi than, bảo dưỡng sửa chữa phục hồi cổ góp

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là cặp chổi than & cổ góp thông dụng, phổ biến trên thị trường Chổi than có ký hiệu 417 của Makita – Trung Quốc, cổ góp loại 32 lam của Makita – Trung Quốc Đây là loại chổi than được thay thế

khá nhiều trong bảo dưỡng và thay thế phụ tùng của động cơ điện DC

Phạm vi nghiên cứu luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa là nhiệt độ, độ ẩm tương đối và cường

độ dòng điện đến mòn của cặp chổi than & cổ góp, đảm bảo lượng mòn khi chịu tác động của độ ẩm tương đối và nhiệt độ có giá trị đo được trong khoảng thời gian ngắn nhất, nằm trong phạm vi đàn hồi của cặp ma sát

IV.Phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết:

Nghiên cứu tính năng ma sát, mòn của bề mặt ma sát chổi than & cổ góp Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ, độ ẩm tương đối, cường độ dòng điện đến mòn của cặp chổi than & cổ góp

Thực nghiệm:

Tổ chức quy hoạch thực nghiệm xác định các ảnh hưởng thông số lượng mònU & cường độ dòng điện I đến tính năng ma sát và mòn của cặp ma sát chổi than & cổ góp trong điều kiện khí hậu nhiệt ẩm Việt Nam

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu mòn của cặp vật liệu chổi than & cổ góp động cơ điện DC sử dụng trong máy công cụ dưới điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm Việt nam sẽ đánh giá mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm tương đối đến

độ tin cậy và tuổi thọ của cặp vật liệu chổi than & cổ góp Có thể đưa ra tuổi thọ dự kiến của cặp vật liệu chổi than & cổ góp trong động cơ điện DC với điều kiện làm việc ở Việt nam cũng như có thể xác định tuổi thọ, tùy thuộc vào độ tin cậy Trong thực tế vận hành máy công cụ nói chung và động cơ điện DC nói riêng, tùy thuộc vào mức độ yêu cầu làm việc cụ thể hoặc trong những điều kiện phải chọn độ tin cậy khác nhau thì tuổi thọ khác nhau Việc đánh giá tuổi thọ và độ tin cậy cặp vật liệu chổi than & cổ góp động cơ điện DC trong máy công cụ hoàn toàn phù hợp với định hướng nghiên cứu của các công trình đánh giá độ tin cậy thiết bị máy móc Đề tài luận án có tính thực tiễn và tính thời sự cao do phần lớn các máy công cụ vạn năng và máy điều khiển số hiện nay sử dụng ở Việt nam đều có nguồn

-

3-gốc nhập khẩu từ các nước và các vùng kinh tế, với độ chính xác và chất

lượng khác nhau

VI Kết quả nghiên cứu

Đề tài đã xác định lượng mòn cặp vật liệu chổi than & cổ góp của động

cơ điện DC trong điều kiện nhiệt ẩm khi thay đổi cường độ dòng điện Số

liệu và kết quả tính toán về ảnh hưởng của độ ẩm tương đối, nhiệt độ và

cường độ dòng điện trong điều kiện phòng thí nghiệm đến cường độ mòn

bước đầu cho thấy nó có ảnh hưởng đáng kể Các thí nghiệm cũng đã đưa ra

được các giá trị cụ thể về sự phụ thuộc của cường độ mòn theo nhiệt độ, độ

ẩm tương đối và cường độ dòng điện Xác định được tuổi thọ của chổi than,

cổ góp theo lượng mòn giới hạn cùng với độ tin cậy khác nhau trong điều

kiện nhiệt ẩm Việt Nam và chu kỳ thay thế chổi than, cổ góp Đề xuất một

số biện pháp nâng cao tuổi thọ và độ tin cặp vật liệu chổi than & cổ góp

trong điều kiện khí hậu đặc thù Việt nam

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CẶP MA SÁT CHỔI

THAN & CỔ GÓP CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG MÁY CÔNG CỤ

1.1 Tổng quan động cơ điện dùng trong máy công cụ

Các máy công cụ truyền thống động cơ điện một chiều có chổi than và

cổ góp được dùng phổ biến trong các chuyển động quay vô cấp Như trong

máy mài tròn ngoài (3A151, 3A161, 3Ƃ151, 3Ƃ161, 3K12, 3Ƃ12, 3A150)

thì động cơ DC được dùng cho chuyển động quay của chi tiết.Trong máy

mài tròn ngoài tốc độ động cơ điện một chiều được thay đổi vô cấp phụ

thuộc vào đường kính của chi tiết mài, chiều sâu cắt t và lượng chạy dao

Trong các máy CNC hiện đại, động cơ điện DC Servo được dùng trong

chuyển động chạy dao và thay dao Đối với động cơ điện một chiều DC,

cụm chi tiết chổi than – cổ góp là một trong những bộ phận quan trọng ảnh

hưởng trực tiếp đến khả năng phục vụ của động cơ Chổi than – cổ góp yêu

cầu phải truyền tải được dòng điện trong điều kiện có ma sát trượt ở tốc độ

thay đổi.Trong điều kiện làm việc thực tế khác nhau như nhiệt độ cao, độ

ẩm cao, bụi bẩn…vv vấn đề ma sát, mòn của chổi than - cổ góp ảnh hưởng

không nhỏ đến hoạt động bình thường của động cơ điện

1.2 Vật liệu chổi than & cổ góp

Chổi than

Chổi than là một phần tử điện để tạo nên sự tiếp xúc điện giữa phần

đứng yên và phần quay của máy điện Các loại chổi than gồm: chổi than

-

4-Carbon Graphit, chổi than điện nhiệt luyện, Chổi than Graphit kim loại, Chổi than Graphit Một số hình ảnh của chổi than

Hình 1.1 Các loại chổi than

Cổ góp

Cổ góp và chổi than có nhiệm vụ đưa điện vào hoặc lấy điện ra dây quấn roto của máy điện thông qua tiếp xúc trượt giữa chổi than và bề mặt cổ góp Vật liệu làm cổ góp thường là đồng có nhãn hiệu M1 và M0.Để cải thiện các tính chất của đồng cổ góp như độ bền, khả năng chịu nhiệt dùng đồng hợp kim như đồng – bạc, đồng – magie, đồng – cadmi, đồng – crom, đồng – zizini

1.3 Tình hình nghiên cứu cổ góp &chổi than trên thế giới và Việt nam

Trên thế giới, nhiều nhà khoa học đã công bố các công trình nghiên cứu

về cổ góp & chổi than như chế tạo cổ góp điện (1823), chế tạo cổ góp cho động cơ điện một chiều của nhà khoa học Eric Laithwaite, chế tạo chổi than cho thang máy (1995) Mới đây nhất là các nghiên cứu của Giáo sue Andrzej (2002) nghiên cứu về thuộc tính sóng bề mặt chổi than&cổ góp, mối quan hệ giữa bề mặt cổ góp&chổi than đến quá trình mòn và nghiên cứu của HUZhong – liang (2008)về thuộc tính mòn của chổi than Cacbon điện trở suất cao trong điều kiện độ ẩm thay đổi

Ở Việt nam, nhiều nhà khoa học cũng đang chú ý quan tâm đến cải tiến

hệ thống truyền động điện, nâng cao hiệu suất động cơ điện, chế tạo động

cơ điện như đề tài khoa học nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điện một chiều công suất 200kW(2008) và một số công trình khác

Kết luận chương I

Trong chương 1, luận án đã phân tích vai trò của cổ góp chổi than của động cơ điện một chiều sử dụng trong máy công cụ, phân tích tình hình nghiên cứu và các công trình đã được công bố của các nhà khoa học trên thế giới, Việt nam về ma sát, mòn của cặp chổi than & cổ góp trong động

-

5-cơ điện một chiều Với mục tiờu nõng cao tuổi thọ và độ tin cậy của chổi

than cổ gúp trờn cơ sở mũn trong điều kiện Việt nam, luận ỏn đó đỏp ứng

được đũi hỏi cấp thiết của cụng nghiệp chế tạo động cơ điện DC và yờu cầu

vận hành, sửa chữa bảo dưỡng động cơ DC núi chung và cổ gúp núi riờng

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ Lí THUYẾT MA SÁT, MềN CỔ GểP &CHỔI

THAN

2.1 Một số phương phỏp tớnh mũn

Mũn xảy ra trong vựng tiếp xỳc giữa cỏc bề mặt ma sỏt, ở cỏc liờn kết

ma sỏt nơi diễn ra cỏc tỏc động tương hỗ mạnh Cỏc liờn kết ma sỏt này tập

trung thành diện tớch tiếp xỳc thực của cặp ma sỏt Trong chế độ tĩnh của

mũn, diện tớch tiếp xỳc thực khụng thay đổi theo thời gian Khi xuất hiện

chuyển động trượt cỏc liờn kết ma sỏt tồn tại bị phỏ hủy và làm nảy sinh cỏc

liờn kết mới với giỏ trị đường kớnh trung bỡnh của vết tiếp xỳc tương ứng

Số lượng cỏc liờn kết này phụ thuộc vào chu kỳ tải trọng Đặc trưng vĩ mụ

của quỏ trỡnh mofnlaf cường độ mũn Ih (khụng thứ nguyờn) Nú cú thể xỏc

định theo kớch thước thay đổi, hay theo khối lượng với cỏc tớnh toỏn hỡnh

học của ma sỏt theo cỏc cụng thức:

Theo thể tớch: Ih=V/(At.L) (2.1)

Theo kớch thước: Ih=h/L (2.2)

Theo khối lượng Ih=/ G/(Aa.L) (2.3)

Trong đú: At – diện tớch bề mặt ma sỏt của chi tiết; =Aa/At – tỷ số

diện tớch tiếp xỳc dang nghĩa và tiếp xỳc thực;  - khối lượng riờng của vật

liệu mũn

Ngoài ra cũn một số phương phỏp khỏc: tớnh cường độ mũn cặp ma sỏt

theo thực nghiệm, tớnh mũn theo năng lượng, tớnh mũn theo độ bền nhiệt.vv

Cỏc thớ nghiệm đó xỏc định cường độ mũn kớch thước của cỏc vật liệu

núi chung nằm trong khoảng Ih=10-3 10-13

2.2 Phương phỏp tớnh toỏn ma sỏt, mũn theo thuyết cơ phõn tử

Lý thuyết ma sát cơ phân tử Kragelsky xây dựng đã cho cách giải

thích phù hợp nhất về tương tác giữa các vật thể rắn tại điểm tiếp xúc

ma sát Hệ số ma sỏt được tớnh theo cụng thức:

 2 1 2 1 1 1

2 1

1 2 1 2 1

1 2 2

2

19 , 0

2

0 1 2 2

2











































































































c T dh

vf c

P k

K P

k

f

(2.4)

-

6-Trong đú: N: tải trọng phỏp tuyến; : hệ số trễ khi trượt; 0: sức bền của liờn kết phõn tử; β: hệ số ỏp điện của thành phần ma sỏt; ∆: thụng số tổ hợp của chất lượng bề mặt; pa,pc, pr : áp ỏp lực danh nghĩa, ỏp lực cục bộ, ỏp lực thực;  - Hằng số modun đàn hồi của vật liệu, =(1-à2)/E (E – hệ số modun đàn hồi của vật liệu, à - hệ số poatxong);  - hệ số của đường cong mỏi phụ thuộc vào phương phỏp gia cụng bề mặt

Cường độ mũn trường hợp tiếp xỳc đàn hồi được xỏc định theo cụng thức tổng quỏt:

f f

t

b

p t

r c a H

h

f k p

p p K

















.

2

1 2

1 1 2

1 2

1 1

(2.5) Trong đú: r: bỏn kớnh của nhấp nhụ; pa,pc, pr : áp ỏp lực danh nghĩa, ỏp lực cục bộ, ỏp lực thực; K1: hệ số được xỏc định do hỡnh dạng hỡnh học và

sự phõn bố theo độ cao của cỏc nhấp nhụ; tf: hệ số của đường cong mỏi; fp:

hệ số ma sỏt của bề mặt đó qua chạy ràf  0 T 

(2.6)

2.3 Cỏc ảnh hưởng của thụng số động học đến ma sỏt, mũn của cặp vật liệu

Ảnh hưởng Ảnh hưởng đến quỏ trỡnh Tribology của cặp vật liệu phải kể đến cỏc yếu tố : Đặc tớnh tải (ỏp suất phỏp tuyến), vận tốc trượt, vật liệu, bụi trơn, điều kiện làm việc, mụi trường…vv Đề tài đó đi sõu nghiờn cứu, phõn tớch ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm tương đối, dũng điện đến mũn của cặp vật liệu núi chung, ảnh hưởng đến mũn cổ gúp & chổi than núi riờng (rừ hơn ở phần 2.4)

2.4 Phương phỏp tớnh mũn cho cổ gúp & chổi than

Vật liệu chổi than vừa là vật liệu tham gia ma sỏt vừa là chất bụi trơn

rắn Chổi than trong quỏ trỡnh làm việc luụn chịu ỏp lực tiếp xỳc lờn bề mặt

cổ gúp Áp lực của chổi than tỳ lờn cổ gúp chớnh là do lực ộp lũ xo vào chổi than Hiện tượng mũn chổi than& cổ gúp là do sự tỏch cỏc phần tử mũn ra khỏi bề mặt tiếp xỳc Sau thời gian hoạt động, chổi than sẽ bị mũn theo

dạng mũn cơ húa và mũn điện (Hỡnh 2.1)

-

Hình 2.1 Ảnh hưởng của lực nén lò xo đến cường độ mòn của chổi than

Áp dụng mô hình tính mòn cho tiếp xúc đàn hồi, khi bề mặt vật thể rắn

cũng có nhấp nhô bề mặt trượt trên bề mặt vật thể mềm hơn có biến dạng

đàn hồi của Kragelsky cho cặp ma sát cổ góp&chổi than

Cường độ mòn không thứ nguyên được tính theo công thức số 2.5 Đây

là công thức tính mòn cho vật liệu mềm hơn trong mô hình tính đó là chổi

than Để tính mòn cho cổ góp cần áp dụng công thức sau:

IhCG = αM Ih CT (2.6)

Trong đó:

IhCG: Cường độ mòn của cổ góp

Ih CT: Cường độ mòn của chổi than

1

2







c , 1 – hằng số modun đàn hồi của chổi than, 2 – hằng số modun đàn hồi của cổ góp

Mặt khác tỷ số

t

a

A

A



 của chổi than và cổ góp khác nhau nên cường độ mòn không thứ nguyên của cổ góp và chổi than sẽ có khác biệt rất lớn, điều

này hoàn toàn phù hợp với thực tế sử dụng là cổ góp có tuổi thọ rất cao,

chổi than là vật liệu mềm hơn bị mòn nhanh làm chi tiết thay thế Khi thay

mới chổi than sẽ xảy ra quá trình chạy rà lại hai bề mặt tiếp xúc Trong

trường hợp này mòn tia lửa điện sẽ rất mạnh và ảnh hưởng đến hoạt động

bình thường của động cơ

Kết luận chương 2

-

8-Luận án đã phân tích, làm rõ bản chất của quá trình mòn cổ góp & chổi than là mòn cơ hóa và mòn tia lửa điện Đây là hai quá trình diễn ra đồng thời và ảnh hưởng qua lại lẫn nhau, đặc biệt khi có ảnh hưởng của nhiệt độ,

độ ẩm tương đối, nhất là ô nhiễm khí quyển với các hợp chất ô nhiễm có tính ăn mòn cao Phương pháp tính ma sát, mòn của Kragelsky cho phép xác định được cường độ mòn của chổi than& cổ góp trên cơ sở mỏi của lớp

bề mặt ma sát cũng như tác động của tia lửa điện

Trên thực tế cổ góp luôn bị mòn với tốc độ nhỏ hơn nhiều so với chổi than Áp dụng lý thuyết Kragelsky cũng có thể tính được mòn của vật thể cũng gây mòn cụ thể là cổ góp Cần lưu ý rằng cổ góp là chi tiết có thể phục hồi, sau một thời gian làm việc, cổ góp có thể được sửa chữa phục hồi bằng phương pháp mài tinh Việc tính toán mòn chổi than & cổ góp sẽ tạo điều kiện dự báo khả năng làm việc an toàn tin cậy của động cơ điện DC trong máy công cụ, điều này đặc biệt quan trọng trong các máy có độ chính xác cao và hiện đại như các máy công cụ CNC và máy gia công tinh như các

máy mài

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM MÒN CỔ GÓP &CHỔI THAN TRONG ĐIỀU KIỆN NHIỆT ẨM VIỆT NAM

3.1 Mục đích thí nghiệm

Mòn cổ góp & chổi than được xác định theo lượng mòn U=∆G, ở các vùng thông số thí nghiệm đặc trưng cho nhiệt ẩm của Việt nam Kết quả thực nghiệm chính là đồ thị sự phụ thuộc của lượng mòn vào nhiệt độ và độ

ẩm tương đối ở các giá trị dòng điện khác nhau, từ đó rút ra các kết luận cơ bản về vai trò ảnh hưởng của độ ẩm tương đối và nhiệt độ đến lượng mòn U=∆G Kết quả của thực nghiệm sẽ là cơ sở tính toán về cường độ mòn, tuổi thọ và độ tin cậy của cặp ma sát chổi than & cổ góp trong điều kiện môi trường Việt Nam

Nghiên cứu mòn cổ góp chổi than thực chất là nghiên cứu về đặc trưng tribology của cặp vật liệu cácbon đồng hoặc graphit - đồng

3.2 Phương pháp thí nghiệm

Chổi than bị mài mòn cơ học, xảy ra trên bề mặt tiếp xúc chổi than cổ góp tạo phần tử mòn tách ra khỏi bề mặt Trong điều kiện phòng thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của dòng điện, nhiệt ẩm đến mòn cổ góp chổi than Thực nghiệm được tổ chức theo quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu

-

9-là lượng mòn và các thông số đầu vào 9-là nhiệt độ và độ ẩm biến thiên ở các

dòng điện khác nhau

Nguyên lý chung của hệ thống thiết bị thử nghiệm trên hình (3.1), Dòng

điện một chiều đi qua chổi than và cổ góp đặt trong tủ tạo môi trường nhiệt

ẩm, sau khoảng thời gian nhất định, dừng máy xác định lượng mòn của mẫu

thử

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý chung của thiết bị thử nghiệm

Xác định lượng mòn của cổ góp- chổi than trong thí nghiệm theo khối

lượng mất đi của chổi than sau thời gian thử nghiệm so với mẫu ban đầu.Từ

đó xác định cường độ mòn của cặp ma sát trong điều kiện ảnh hưởng nhiệt

ẩm

3.3 Mẫu cổ góp chổi than trong thí nghiệm mòn

Việc lựa chọn mẫu cổ góp - chổi than thí nghiệm phải phù hợp thực tế

sử dụng tại Việt Nam, đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng Mẫu chổi than được

lựa chọn là mẫu thông dụng ở thị trường Việt Nam, thường được dùng để

thay thế cho chổi than trong động cơ điện một chiều Mẫu có ký hiệu 417A

của hãng Makita - Trung Quốc, kích thước và hình dáng được thể hiện trên

hình 3.2

-

10-Hình 3.2 10-Hình dáng, kích thước của chổi than 417A

Mẫu cổ góp có thành phần 99,9% đồng, còn lại là tạp chất khác là 0,1%, dòng điện tối đa I= 10A, Vận tốc quay tối đa nmax = 3000 vòng/phút, lực

lò xo Pmax = 0.2 kG được thể hiện ở hình 3.3

Hình 3.3 Hình dáng, kích thước của cổ góp 32 lam

Bảng thành phần mẫu thử cổ góp được trình bày ở bảng 3.1 (Kết quả

kiểm tra tại trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 1 – Tổng cục

tiêu chuẩn đo lường chất lượng)

Bảng 3.1 Thành phần của cổ góp 32 lam

Phương pháp thử ASTM E478:96

-

3.4 Thiết bị tạo môi trường nhiệt ẩm BKNA2010

Tủ nhiệt ẩm BKM-NA 2010 tạo môi trường nhiệt ẩm thông số kỹ thuật

cơ bản: Nhiệt độ điều khiển trong khoảng T0C =(100C ÷ 500C) - sai số

±10C ; Độ ẩm tương đối RH%=(40% đến 99%) – sai số ±2% Kích thước

tủ:600 x 600 x 1400 mm Chiều dày lớp cách nhiệt b = 35mm; Điều khiển

nhiệt độ, độ ẩm tương đối bằng cảm biến ký hiệu SHT71 Hình 3.4 thể hiện

hình ảnh toàn máy thiết kế BKM – NA 2010

Hình 3.4 Hình ảnh tủ nhiệt ẩm BKM – NA 2010

3.5 Thiết bị đo mòn cặp ma sát chổi than & cổ góp BK-MCT 2010

Sơ đồ cấu tạo thiết bị đo mòn được thể hiện hình 3.5

-

12-1 – Đế; 2 – Nối trục; 3 – Gối đỡ; 4 – Trục; 5 – Vít; 6 – Giá chổi than; 7 – Cổ góp; 8 – Vít trí; 9 – Dây nối; 10 – Đai ốc công; 11 – Ổ bi; 12 – Chổi than; 13 – Bu lông chống xoay; 14 – Bạc; 15 – Bu lông

Hình 3.5 Cấu tạo thiết bị đo mòn BK – MCT 2010

Thiết bị đo mòn được đặt trong tủ nhiệt ẩm, được nối với động cơ không đồng bộ ba pha có công suất N = 0,27 kW và n = 1450 (v/ph), bằng khớp các đăng số cặp chổi than cổ góp thí nghiệm đồng thời i= 4

Để dòng điện một chiều DC đi qua chổi than cổ góp thay đổi giá trị điện trở công suất R trong mạch điện Trong điều kiện tập trung nghiên cứu vào yếu tố nhiệt độ và độ ẩm tương đối, thí nghiệm được thực hiện với dòng điện thay đổi Trên hình 3.6 thể hiện sơ đồ đấu dây của thiết bị BK – MCT

2010

Hình 3.6 Sơ đồ đấu dây của thiết bị BK – MCT 2010

3.6 Thông số cơ bản và trình tự thí nghiệm đo mòn cổ góp&chổi than

Các thông số thí nghiệm

-

13 Nhiệt độ: 250C, 400C, 550C; Độ ẩm tương đối RH%: 51%, 75%, 99%;

Dòng điện thay đổi: I = 5A; I= 7.5A; I= 10 A

- Thời gian thử nghiệm: t = 10h = 600 ph

- Đo lượng mòn theo khối lượng ΔG(g) của chổi than trong điều kiện

ma sát khô

Trình tự thí nghiệm

- Xử lý bề mặt chổi than, cổ góp thật sạch

- Đánh mã số cho từng cặp chổi than & cổ góp

- Xác định khối lượng chổi than ban đầu Lắp 4 mẫu chổi than & cổ góp

vào đồ gá của thiết bị đo mòn BK – MCT 2010

- Đấu mạch điện có điện trở công suất tạo ra cường độ dòng điện thay

đổi Đưa thiết bị đo mòn vào thiết bị nhiệt ẩm BK NA2010 Điều khiển

nhiệt độ, độ ẩm tương đối theo yêu cầu Sau 10h thử nghiệm, khối lượng

chổi than sẽ giảm đi so với khối lượng ban đầu Từ đó xác định lượng mòn

của chổi than:U = ΔG = G

T –G

S (3.1) Trong đó:GT: Khối lương trước khi thí nghiệm (g).GS: Khối lượng sau

khi thí nghiệm (g).Từ kết quả đo mòn ở trên xác định cường độ mòn Ih của

chổi than theo công thức 2.3

3.7 Kết quả thí nghiệm

Chế độ thử nghiệm với I=5A

Bảng 3.2 Kết quả đo mòn chổi than ở chế độ I = 5A

Chế độ thí

nghiệm Lượng mòn sau mỗi lần thử(g) mòn TB Lượng

G

Độ lệch lượng mòn

σG(10-6)

T0C RH% TN Cặp 1 Cặp 2 Cặp 3 Cặp 4

250C

51% 1 0.017 0.016 0.019 0.017 0.017 1.19

75% 2 0.025 0.024 0.025 0.024 0.025 0.25

99% 3 0.031 0.032 0.034 0.033 0.033 1.25

400C

51% 4 0.025 0.026 0.025 0.026 0.026 0.25

75% 5 0.036 0.035 0.037 0.035 0.036 0.69

99% 6 0.047 0.046 0.046 0.047 0.047 0.25

550C 51% 7 0.028 0.029 0.029 0.029 0.029 0.19

75% 8 0.047 0.048 0.048 0.047 0.048 0.25

-

14-99% 9 0.055 0.056 0.056 0.055 0.056 0.25

Từ bảng kết quả thực nghiệm, vẽ đồ thị mối quan hệ lượng mòn U phụ thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ (Hình 3.7)

Nhận xét đồ thị 3.7

Khi độ ẩm tương đối tăng từ 50% đến 99% thì lượng mòn tăng khoảng 40% Ở cùng độ ẩm khi nhiệt độ tăng từ 250C, 400C, 550C thì mòn tăng khoảng 30%

Hình 3.7 Đồ thị sự phụ thuộc của lượng mòn của chổi than vào nhiệt

độ, độ ẩm tương đối ở I = 5A

Chế độ thử nghiệm với I= 7.5A

Chế độ thí nghiệm Lượng mòn sau mỗi lần thử(g)

Lượng mòn

Độ lệch lượng

-

15-Bảng 3.3 Kết quả đo mòn chổi than ở chế độ I = 7.5A

Từ bảng kết quả thực nghiệm, vẽ đồ thị mối quan hệ lượng mòn U phụ

thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ (Hình 3.8)

Hình 3.8 Đồ thị sự phụ thuộc của lượng mòn của chổi than vào nhiệt

độ, độ ẩm tương đối ở I = 7.5A

Nhận xét đồ thị lượng mòn ở I = 7,5A

Khi độ ẩm tương đối tăng từ 50% đến 99% thì lượng mòn tăng khoảng

40% đến 60% Ở cùng độ ẩm khi nhiệt độ tăng từ 250C, 400C, 550C thì mòn

tăng khoảng 30% đến 50%

T0C RH% TN Cặp 1 Cặp 2 Cặp 3 Cặp 4 TB

G

mòn

σG(10-6)

250C

51% 1 0.019 0.018 0.019 0.019 0.019 0.19

75% 2 0.028 0.028 0.029 0.029 0.029 0.25

99% 3 0.037 0.036 0.037 0.036 0.037 0.25

400C

51% 4 0.026 0.026 0.025 0.026 0.026 0.19

75% 5 0.039 0.038 0.038 0.038 0.038 0.19

99% 6 0.051 0.051 0.052 0.052 0.052 0.25

550C

51% 7 0.031 0.03 0.031 0.03 0.031 0.25

75% 8 0.052 0.053 0.053 0.053 0.053 0.19

99% 9 0.066 0.067 0.067 0.066 0.067 0.25

-

Chế độ thử nghiệm với I= 10A

Bảng 3.4 Kết quả đo mòn chổi than ở chế độ I = 10A

Từ bảng kết quả thực nghiệm, vẽ đồ thị mối quan hệ lượng mòn U phụ thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ (Hình 3.9)

Hình 3.9 Đồ thị sự phụ thuộc của lượng mòn của chổi than vào nhiệt

độ, độ ẩm tương đối ở I = 105A

Nhận xét đồ thị lượng mòn ở I = 10A

Chế độ thí nghiệm Lượng mòn sau mỗi lần thử(g) Lượng

mòn TB

G

 (g)

Độ lệch lượng mòn

σG(10-6)

T0C RH% ST

N Cặp 1 Cặp 2 Cặp 3 Cặp 4

250C

51% 1 0.032 0.031 0.032 0.032 0.032 0.19 75% 2 0.051 0.051 0.052 0.052 0.052 0.25 99% 3 0.064 0.064 0.065 0.065 0.065 0.25

400C

51% 4 0.039 0.038 0.038 0.038 0.038 0.19 75% 5 0.063 0.062 0.063 0.062 0.063 0.25 99% 6 0.073 0.074 0.073 0.074 0.074 0.25

550C

51% 7 0.043 0.043 0.042 0.043 0.043 0.19 75% 8 0.075 0.076 0.076 0.076 0.076 0.19 99% 9 0.091 0.092 0.092 0.092 0.092 0.19

-

17-Khi độ ẩm tương đối tăng từ 50% đến 99% thì lượng mòn tăng khoảng

50% đến 70% Ở cùng độ ẩm khi nhiệt độ tăng từ 250C, 400C, 550C thì mòn

tăng khoảng 40% đến 60%

Kết luận chương 3

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ẩm đến mòn của chổi than cổ

góp bằng thiết bị tạo nhiệt ẩm BKNA 2010 và thiết bị tạo mòn BK-MCT

2010 đã cho thấy khả năng linh hoạt và tin cậy của thiết bị được chế tạo Ở

cùng nhiệt độ, khi độ ẩm tăng thì lượng mòn cũng tăng điều này khẳng định

ảnh hưởng rõ rệt của độ ẩm tương đối đến mòn của chổi than&cổ góp Khi

độ ẩm tương đối tăng khả năng mòn do phóng điện tăng mạnh do đó tổng

mòn cơ học và mòn do phóng điện tăng

Trong điều kiện ma sát khô dòng điện tăng từ 50% đến 100% so với

định mức của chổi than &cổ góp thì lượng mòn tăng lên rõ rệt khoảng 30%

Khi có thêm ảnh hưởng của môi trường, lượng m nhiệt ẩm, lượng mòn có

thể tăng đến 60%, 70% Kết quả thực nghiệm chứng tỏ tính phức tạp của

quá trình mòn chổi than& cổ góp gồm: mòn cơ hóa và mòn tia lửa điện, đây

là hai quá trình chịu ảnh hưởng ngược nhau của điều kiện nhiệt ẩm Kết

quả nghiên cứu cho thấy việc xác định lượng mònbằng khối lượng là phù

hợp với cặp ma sát chổi than &cổ góp làm việc trong vùng tiếp xúc đàn

hồi

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ẨM ĐẾN MÒN

CỔ GÓP CHỔI THAN

4.1 Tính cường độ mòn của chổi than

Từ kết quả thực nghiệm về lượng mòn của chổi than theo khối lượng

mòn trong thời gian là 10h, có thể xác định cường độ mòn IhCT của chổi

than theo công thức (2.3)

L A

G I

a hCT









Trong đó:IhCT – Cường độ mòn của chổi than; ΔG - Lượng mòn (g) –

xác định từ thực nghiệm; γ - Khối lượng riêng của chổi than, γ = 190.10

6

g/m3; Aa - Diện tích tiếp xúc danh nghĩa của chổi than được tính Aa = 13.7 x

6.78 = 92,88 (m2 ); =Aa/At = 1; L – Quãng đường ma sát (m);

Chiều dài quãng đường ma sát được tính theo công thức: L= v.t

-

18Trong đó: v Vận tốc của cổ góp (m/ph)

-1000

dn

 ; t - Thời gian (ph)

- t = 600 ph; d - đường kính cổ góp(mm) - d = 36,5mm; n - Số vòng quay của cổ góp (vòng/phút), n = 1450 v/ph; Do đó quãng đường ma sát L = 99,76.103 m

Trong quá trình thí nghiệm bề mặt chổi than được chụp ảnh lại sau mỗi chế độ trước và sau khi thí nghiệm (hình 4.1 hình ảnh chụp chổi than ở một chế độ trước và sau khi làm việc)

Hình 4.1 a Ảnh bề mặt chổi than mới chưa chạy thí nghiệm- b Ảnh bề mặt

chổi than sau khi chạy thí nghiệm ở I=5A, T o =25 o C, RH%=51

Cường độ mòn của chổi than ở I = 5A

Chế độ thí nghiệm Lượng

mòn TB

G

Sai lệch lượng mòn σG

(10-6)

Cường độ mòn

IhCT(10-6)

Sai lệch cường độ mòn σI

(10-7)

T0C RH%

250C

-

19-Từ kết quả lượng mòn U của chổi than, xác định cường độ mòn của chổi

than được biểu diễn ở bảng 4.1

Bảng 4.1 Cường độ mòn I của chổi than tại I = 5A

Từ kết cường độ mòn của chổi than, vẽ đồ thị mối quan hệ Ih phụ thuộc vào

độ ẩm tương đối và nhiệt độ (Hình 4.2)

độ ẩm tương đối RH% tại chế độ I=5A

Xử lý số liệu thực nghiệm thu được hàm hồi quy thực nghiệm (x – Nhiệt

độ; y – độ ẩm tương đối):

I=-1.3699+0.0341x+0.0301y-0.0004x2+0.0005xy-0.0002y2

Nhận xét kết quả thực nghiệm ở I = 5A

- Cường độ mòn của chổi than có giá trị từ 9,76.10-6 đến 31,4.10-6 nằm

trong vùng tiếp xúc đàn hồi và chuyển dần sang đàn dẻo khi có độ ẩm

tương đối cao trong khoảng từ 75% đến 99% Cường độ lớn nhất với độ ẩm

tương đối 99% và nhiệt độ 55oC, gấp 3,2 lần ở độ ẩm 51% và ở nhiệt độ 25

o

C.Giá trị lớn nhất của cường độ mòn không thứ nguyên khi ở nhiệt độ

550C

-

20-55oC và độ ẩm tương đối 99% khẳng định mòn chổi than có nguy cơ cao do bắt đầu chuyển sang dần tiếp xúc đàn dẻo

Cường độ mòn của chổi than ở I = 7,5A

Từ kết quả lượng mòn U của chổi than, xác định cường độ mòn của chổi than được biểu diễn ở bảng 4.2

Bảng 4.2 Cường độ mòn I của chổi than tại I = 7,5A

Từ kết cường độ mòn của chổi than, vẽ đồ thị mối quan hệ Ih phụ thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ (Hình 4.3)

Xử lý số liệu thực nghiệm thu được hàm hồi quy thực nghiệm (x – Nhiệt độ; y – độ ẩm tương đối):

I= -0.3227+0.0207x+0.026y+0.0001x2+0.0007xy-0.0002y2

Chế độ thí nghiệm Lượng mòn TB

G

Độ lệch lượng mòn

σG (10-6)

Cường độ mòn I (10-6)

Độ lệch cường độ mòn σI

(10-7)

T0C RH%

250C

400C

550C