1
PGS.TS. NGUYỄN ĐĂNG ĐIỆM Sửa chữa
máy xây dựng - xếp dỡ
và thiết kế xưởng
(Tái bản có sửa chữa và bổ sung)
PGS.TS. Nguyễn Đăng Điệm
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.
3
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.
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
5
CHƯƠNGI
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…
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
7
Máy đưa vào sửa chữa
8
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
9
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
Tuổi thọ là tính chất của máy, của bộ phận máy hoặc cụm máy bảo toàn khả năng làm việc
đến trạng thái giới hạn, tuy vậy trong quá trình làm việc cần có sự ngừng máy để bảo dưỡng kỹ
thuật và sửa chữa. Tuổi thọ được tính theo thời gian làm việc của máy (giờ - máy).
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.
1.2.6. Thời hạn phục vụ
Thời hạn phục vụ của máy là độ dài thời gian khai thác của máy (tính theo lịch) đến thời
điểm xuất hiện trạng thái giới hạn hoặc đến lúc thanh lý máy.
1.2.7. Tính hợp lý sửa chữa
Tính hợp lý sửa chữa của máy được thể hiện bằng tính thích ứng của nó đối với công tác
sửa chữa. Hay nói cách khác đó là thước đo hiệu quả của công tác sửa chữa đối với máy đang
xem xét. Trong thực tế, nếu máy không có tính hợp lý sửa chữa thì không nên tiến hành sửa
chữa.
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.
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
- tổng thành.
Trong các đồ thị dưới đây, phần trục tung kể từ trục hoành đi lên biểu thị giá trị
i
ε
, của
t
2
,
Δ
t
3
- Các chu kỳ sửa chữa máy;
Δ
t
1,1
,
Δ
t
1.2
, ,
Δ
t
3.2
- Các chu kỳ bảo dưỡng kỹ thuật
máy;
δ
t
1
,
δ
t
2
,
δ
t
của những thành phần ấy.
∑
∑
ε
ε
=
ii
i
b
n
F
(1.2)
Trong đó:
n
i
- Số lần thay thế các thành phần kết cấu trong suốt thời hạn phục vụ của máy;
ε
i
- Giá trị thành phần kết cấu thứ i.
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 F
ođ
đặc trưng cho khối lượng công việc cần chi phí trong
với máy kéo, hệ số này chỉ nhỏ hơn hoặc bằng 0,01.
c) Hệ số tuổi thọ (F
tt
)
Hệ số tuổi thọ F
tt
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 F
tt
được xác định theo biểu thức sau:
∑∑
+ε
=
jjii
m
tt
Gnn
E
F
(1.4)
15
Trong đó:
F
tt
- Hệ số tuổi thọ của máy;
E
m
được xác định bằng tỷ số giữa tổng chi phí trung bình về
công lao động, năng lượng và vật tư cần thiết cho việc thay thế và phục hồi các thành phần kết cấu
so với tổng chi phí có kể đến chi phí phát sinh liên quan đến các công việc phụ trợ như công lao
động, năng lượng và vật tư cho việc tháo máy, tẩy rửa, lắp ráp, điều chỉnh và phục hồi các thành
phần phi kết cấu, tức là:
∑∑
∑
+
=
tbtb
tb
sc
gC
C
F
(1.5)
Trong đó:
C
tb
- Là chi phí trung bình về công lao động, năng lượng, vật tư, phụ tùng.
g
tb
- 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 F
sc
không vượt quá 0,60 - 0,65.
1.3.3. Các đặc tính vận hành của máy
Đối 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
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(P =
(1.6)
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.
17
• Cường độ hỏng hóc:
Cường độ hỏng hóc là một thông số được áp dụng để đánh giá độ tin cậy hoạt động của
một trạm máy. Thông số này được xác định bằng tỷ số giữa số lượng trung bình của các máy
hỏng trong một khoảng thời gian Δt so với số lượng của các máy làm việc tốt tại thời điểm
khảo sát t.
)t(N
)
t
t
(N)
t
(N Δ+−
K
++
=
(1.8)
• Hệ số sẵn sàng kỹ thuật K
ss
của máy được xác định theo biểu thức sau:
sclv
lv
ss
TT
T
K
+
=
(1.9)
Trong đó:
T
lv
- Thời gian làm việc không hỏng trong một giai đoạn vận hành xác định;
T
bd
, T
sc
- 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
b
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 Q
b
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 ỏ
k
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:
100
- Độ hao mòn chung của máy tính theo tỷ lệ % so với giá trị ban đầu của nó;
Tích (100 - α
k
) (100 - α
m
) 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
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
tăng áp lực tác dụng thì lực ma sát không
tăng một cách liên tục.
2. Thuyết phân tử về ma sát
Thuyết này xuất hiện từ cuối thế kỷ thứ
XVIII và sau đó nhà vật lý người Anh Tomlyxon đã phát triển lên trong các công trình nghiên cứu
của mình. Thuyết này giải thích hiện tượng ma sát dựa trên lực tác dụng phân tử xuất hiện giữa các
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:
F
ms
= f S
t
(P
0
+ P) (1.15)
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.
21
F
ms
ms
- F
pt
+ F
co
= αS
t
+ βP (1.16)
Trong đó:
F
co
- Thành phần lực ma sát cơ học, N;
F
pt
- Thành phần lực ma sát phân tử, N;
S
t
- Diện tích tiếp xúc thực tế, m
2
;
P - áp lực đơn vị, N/m
2
;
α vμ β - Các hệ số được xác định bằng thực nghiệm.
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
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
23
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.
- Do độ nhớt chất bôi trơn giảm.
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
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
Copyright: Tài liệu đại học ©