MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT d
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ f
DANH MỤC CÁC BẢNG h
MỞ ĐẦU 1
Chương 1 5
Tổng quan về chẩn đoán động cơ đốt trong 5
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
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 12
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 12
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 14
Chương 2 17
Cơ sở lý thuyết về mòn các chi tiết động cơ đốt trong và phân tích dầu bôi trơn trong chẩn
đoán mòn 17
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẨN ĐOÁN MÒN CỦA ĐỘNG CƠ 17
2.1.1 Phương trình giữa nồng độ hạt mài trong dầu và tốc độ mòn khi không tính đến hiệu quả lọc17
2.1.2 Phương trình giữa nồng độ hạt mài và tốc độ mòn bề mặt ma sát có tính đến hiệu quả lọc 24
2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HƯ HÁNG DO MÒN CỦA VẬT LIỆU 27
2.2.1 Thông số cơ bản của vật liệu ma sát 27
2.2.2 Vật liệu cặp ma sát 28
2.2.3 Tập hợp tải ma sát 29
2.2.4 Điều kiện tiếp xúc 29
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
2.4 DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ 36
2.4.1 Thành phần hoá học và phân đoạn dầu mỏ 36
2.4.2 Thành phần của dầu bôi trơn 36
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
3.3.2.1 Hạt không từ tính màu trắng 65
3.3.2.2 Hạt hợp kim đồng 66
3.3.2.3 Hạt hợp kim Ba bít 67
3.3.2.4 Các dạng nhiễm bẩn 68
3.3.2.5 Biến chất của sản phẩm dầu bôi trơn và Polyme do ma sát 69
3.3.2.6 Hạt từ tính 71
Chương 4 76
Chẩn đoán động cơ Điezen 3408 lắp trên xe CAT 769C 76
4.1 THEO DÕI VÀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐIEZEN 3408 LẮP TRÊN XE CAT 769C 76
4.1.1 Các thông số kỹ thuật của động cơ 3408 76
4.1.2 Các thông số về dầu dùng để chạy chẩn đoán trên động cơ 3408 76
4.2 HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ 3408 77
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
4.3.2 Phương pháp chạy chẩn đoán động cơ 80
4.3.3 Những triệu chứng dùng trong chẩn đoán 81
4.3.4 Trình tự chẩn đoán động cơ 3408 81
4.4 KẾT QUẢ THEO DÕI CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ 3408 LẮP TRÊN XE CAT 769C 84
4.4.1 Kết quả theo dõi xe 02 84
4.4.2 Kết quả theo dõi xe 13 89
4.4.3 Kết quả theo dõi xe 15 93
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
Kết luận chung của luận án 116
Danh mục các công trình có liên quan đến luận án được công bố
0
- 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
b
0
- 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
C
ov
- 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
E
0
, E
m
- năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích m
F
f
- Lực ma sát
F
n
- Tải pháp tuyến
H- Độ cứng của chi tiết mềm hơn trong cặp ma sát
H
K
- Độ cứng của kim loại
H
d
- Thể tích mòn của chi tiết
V
E
- 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
- e -
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
e
- Hiệu suất có Ých của động cơ
- Hệ số ma sát
- Sè lượng đỉnh nhấp nhô trong diện tích tiếp xúc danh nghĩa
- Chỉ số dẻo
f
- Ứng suất cắt ma sát
- Sai lệch phân bố chuẩn độ nhấp nhô vĩ mô
eff
Chương III
Hình 3. 1: Thể hiện mẫu lắng đọng trên Ferrogram 51
Hình 3. 2: Máy phân tích Ferrograph 52
Hình 3. 3: Ferroscope 52
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. 6: Phương pháp đọc Ferrogram 56
Hình 3. 7: Giao thoa của ánh sáng trên bề mặt hợp kim 57
Hình 3. 8: Cơ chế tạo thành hạt mài hình cầu 61
Hình 3. 9: Hạt mài hình cầu 62
Chương IV
Hình 4. 1: Sơ đồ đường dầu bôi trơn 77
Hình 4. 2: Sơ đồ của đường dầu bôi trơn 78
Hình 4. 3: Lưu đồ chẩn đoán động cơ Điezen 3408 83
Hình 4. 4: Đồ thị biến đổi độ nhít ở 40
0
C 85
Hình 4. 5: Đồ thị biến đổi độ nhít ở 100
0
C 85
Hình 4. 6: Đồ thị biến đổi nhiệt độ chớp cháy cốc hở 85
Hình 4. 7: Đồ thị biến đổi trị số kiềm tổng (TBN) 86
Hình 4. 8: Hạt mài mòn ổ bi 87
Hình 4. 9: Hạt mài mòn hình cầu phân bố không theo quy luật trên Ferrogram 87
Hình 4. 10: Hạt mài mòn khốc liệt 88
Hình 4. 11: Hạt mài mòn hợp kim nhôm trước và sau khi xử lý bằng hoá chất 88
Hình 4. 12: Đồ thị biến đổi độ nhít ở 40
0
Hình 4. 35: Hạt mài MoS
2
113
Hình 4. 36: Hạt mài oxit kim loại đen 114
- h -
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. 2: Thời gian lấy mẫu cho thiết bị 54
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
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
- 2 -
- 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,
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
- 3 -
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 5m 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
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 5m. 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.
- 5 -
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
- 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:
Hỡnh 1. 1: Phng phỏp nhn bit li trờn c s mụ hỡnh tr giỳp
Cỏc du hiu chn oỏn nhn c t cỏc mụ hỡnh tớn hiu hoc mụ hỡnh
quỏ trỡnh c so sỏnh vi cỏc tớn hiu chun, cú ngha l so vi cỏc tớnh cht
quỏ trỡnh khụng cú li. Nu du hiu quỏ trỡnh thay i mt lch nhn bit
c so vi trng thỏi chun thỡ s to ra mt triu chng thụng bỏo v trng thỏi
cú li, cú h hỏng ca quỏ trỡnh. chn oỏn chớnh xỏc li cn tip tc ỏnh
giỏ cỏc triu chng trong giai on chn oỏn li.
- Phng phỏp chn oỏn li trờn c s mụ hỡnh tr giỳp:
Chn oỏn li bao gm hai giai on c bn: cụ lp li v phõn tớch li
hay cũn gi l nhn dng h hỏng. Trong giai on cụ lp li tin hnh tỏch li
t cỏc triu chng v phõn loi chỳng. Mi trng hp h hỏng s cú mt biu
hin ca triu chng khỏc nhau. Trong giai on phỏt trin mt h thng chn
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
Hỡnh 1. 2: Quan h h hỏng- Triu chng theo ý ngha vt lý v khi chn oỏn
Phõn tớch h hỏng trong cỏc trng hp ph thuc vo cht lng ca
triu chng to lp c. Vic ỏnh giỏ cng tỏc ng cỏc triu chng cho
bit tr s ca h hỏng. Cú th xy ra c cỏc trng hp nhiu h hỏng khỏc
nhau tỏc ng khỏc nhau vo mt triu chng. Vic xỏc nh loi h hỏng cho
bit rng õy cú phi l mt h hỏng h thng hay h hỏng ngu nhiờn. Cui
cựng vic phõn tớch tớnh cht thi gian cho kh nng phõn bit theo dng h
hỏng thng xuyờn, h hỏng nht thi, h hỏng giỏn on, h hỏng khụng quy
lut hoc h hỏng kộo di. Trung tõm ca chn oỏn li thit lp biu din kin
thc chn oỏn t c qua quan h h hỏng- triu chng. Trong trng hp lý
tng vic to lp triu chng ó cung cp mt kt qu s dng c, nu mi
triu chng phn ỏnh mt h hỏng xỏc nh. Sau ú ch cn giỏm sỏt mi triu
chng mi khi vt quỏ ngng trờn v ngng di l . a s cỏc trng
hp khụng cú c iu kin ny v cn cú mt s ỏnh giỏ chi tit hn cỏc
triu chng phõn tớch h hỏng.
H- hỏng
Sự kiện
Sự kiện
Triệu
chứng
Triệu
chứng
Triệu
chứng
Triệu
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
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.
- 11 -
- 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
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
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.
- 14 -
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.
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
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.
- 17 -
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÒN CÁC CHI TIẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
VÀ PHÂN TÍCH DẦU BÔI TRƠN TRONG CHẨN ĐOÁN MÒN
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÒ CHẨN ĐOÁN MÒN CỦA ĐỘNG CƠ
Tiêu chuẩn chính đánh giá trạng thái kỹ thuật của những cặp ma sát được
bôi trơn trong động cơ đốt trong là tốc độ mài mòn bề mặt các cặp ma sát.
Nhưng tốc độ mòn của từng cặp ma sát nói riêng và toàn bộ động cơ nói chung
là rất khó xác định và thậm chí không thể kiểm tra được trong quá trình sử dụng.
Khi động cơ hoạt động có thể lấy mẫu dầu bôi trơn và đánh giá trạng thái
bề mặt ma sát theo thông số hạt mài mòn chứa trong mẫu dầu vì chúng chứa
đựng những thông tin tỉ mỉ về quá trình mòn các cặp ma sát trong động cơ. Các
thông số đó gồm: nồng độ hạt mài mòn và kim loại trong dầu bôi trơn, sự phân
bố kích thước hạt mài mòn, hình dáng, tỷ lệ kích thước và thành phần của hạt,
trạng thái bề mặt hạt, và sự có mặt các tạp chất phi kim loại có nguồn gốc khác
nhau, qua đó đánh giá cường độ mài mòn, dạng mòn xảy ra trong miền tiếp xúc,
các cụm chi tiết bị mòn nhiều nhất, điều kiện ma sát và bôi trơn trong động cơ.
Mét trong những thông số quan trọng nhất là nồng độ hạt mài mòn trong
dầu. Muốn hiểu bản chất của chẩn đoán ma sát học cần phải lập mối liên hệ giữa
C
C+dC
Số lượng dầu
V
V-q.dt
Số lượng hạt mài mòn trong hệ thống
m.dt
Số lượng dầu bị mất mát khỏi hệ thống
q.dt
C Hình 2. 1: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ hạt mài theo thời gian
(2.3)
Xác định hằng số tích phân K:
Khi
0t
,
'
0
CC
,
m
C.q
VlogK
'
0
0
Trong đó
C’- Nồng độ các hạt kim loại sau khi thêm dầu
t
C
t
Copyright: Tài liệu đại học ©