Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT CÁC ĐẶC TÍNH ÁP SUẤT VÀ NHIỆT ĐỘ CỦA Ổ ĐỠ THỦY ĐỘNG DEVOLOPMENT A SUPERVISE SYSTEM OF PRESSURE AND TEMPARATURE HYDRODYNAMIC BEARING Phạm Trung Thiêna, Trần Thị Thanh Hảib Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội a phamtrungthienbkhn@gmail.com; bhai.tranthithanh@hust.edu.vn TÓM TẮT Ổ đỡ thủy động sử dụng phổ biến thiết bị máy móc công nghiệp Việc đảm bảo bôi trơn ổ trình làm việc góp phần nâng cao độ tin cậy tuổi thọ thiết bị Các nghiên cứu tính toán bôi trơn cần có nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm tối ưu Do đó, việc xây dựng hệ thống đo đặc tính bôi trơn (áp suất, chiều dày, nhiệt độ màng dầu,…) có vai trò quan trọng nghiên cứu thực nghiệm bôi trơn thủy động Trong báo này, xây dựng hệ thống đo áp suất nhiệt độ màng dầu ổ đỡ thủy động thông qua cảm biến áp suất MPXHZ6400A cảm biến nhiệt độ DS18B20 Năm vị trí đo áp suất năm vị trí đo nhiệt độ màng dầu bố trí tiết diện ổ theo phương chu vi bạc vùng chịu tải màng dầu Vi xử lý ATmega8 nhận tín hiệu đo từ cảm biến hiển thị hình LCD máy tính Áp suất nhiệt độ màng dầu đo phù hợp với tải tác dụng điều kiện làm việc ổ Từ khóa: bôi trơn thủy động, ổ đỡ, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, vi xử lý ABSTRACT Hydrodynamic bearings are widely used in and industrial equipment machinery Ensuring the lubrication of the bearing during the work will contribute to improving the reliability and longevity of the device Researchers calculating the lubrication always takes the experimental research into test and optimize Therefore, the construction of the experimental for measuring system of lubrication characteristic (pressure, thickness, temperature oil film, ) have an important role in experimental research of hydrodynamic lubrication In this paper we build systems for measuring pressure and temperature hydrodynamic oil film bearing via pressure sensors MPXHZ6400A and temperature sensors DS18B20 At five positions for measuring pressure and other five positions for temperature measurement locations in the oil film are arranged on the middle section and according to the perimeter of the bearing ATmega8 microprocessor receives signals from the sensors and displays on the LCD screen or PC Pressure and temperature measurement of the oil film are consistent with the applied loads and working conditions of the bearing Keywords: lubrication, hydrodynamic bearing, pressure sensor, tempararure sensor, microprocessor GIỚI THIỆU Việc đảm bảo bôi trơn cho ổ đỡ thiết bị máy móc góp phần nâng cao độ tin cậy tuổi thọ cho thiết bị Các nghiên cứu tính toán lý thuyết bôi trơn cần kết hợp nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm tối ưu Do đó, cần phải xây dựng hệ thống đo để xác định đặc tính bôi trơn ổ Các hệ thống đo xây dựng để đo đặc tính ổ thực ổ thiết bị thực nghiệm Năm 1965, Cook [1] nghiên cứu đo quỹ đạo tâm trục ổ trục khuỷu động diezel xi lanh cảm biến điện từ, kết 234 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV cho thấy biến dạng đàn hồi ổ thay đổi nhiều tải tác dụng lớn Năm 1973, Rosenberg [2] đo chiều dày màng dầu ổ đầu to truyền thông qua cảm biến Các kết đo cho thấy tương thích chiều dày màng dầu tải tác dụng Năm 1975, Good cộng [3] đo chiều dày màng dầu ổ đỡ trục khuỷu sáu điểm sáu cảm biến, chiều dày màng dầu đo phù hợp với chiều dày tính toán Năm 2001, Moreau [4] tiến hành đo chiều dày màng dầu ba ổ đỡ trục khuỷu ổ đầu to truyền động xăng xi lanh Các kết đo so sánh với kết tính toán số cho kết tương thích Năm 2000, Optasanu [5] triển khai thiết bị thực nghiệm để đo áp suất ổ đầu to truyền làm vật liệu quang đàn hồi Tác giả quan sát phân tích xuất ứng suất truyền áp suất thủy động thay đổi Chiều dày màng dầu đo nhờ phân tích ảnh chụp màng dầu trình làm việc Năm 2012, Hoang [6] nâng cấp thiết bị đo chiều nhiệt độ màng dầu thông qua cảm biến nhiệt độ Ở Việt Nam, chưa có nhiều nghiên cứu thực nghiệm thiết bị thực nghiệm bôi trơn thủy động Năm 1999, Trần Thị Thanh Hải [7] xây dựng hệ thống thực nghiệm đo áp suất màng dầu ổ đỡ thủy động phương pháp đo chiều cao cột áp Năm 2005, Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị đo áp suất ổ thủy động dùng cảm biến tác giả Phạm Văn Hùng [8] Bài báo xây dựng hệ thống đo áp suất nhiệt độ màng dầu ổ đỡ thủy động thông qua cảm biến áp suất cảm biến nhiệt độ Các vị trí đo áp suất vị trí đo nhiệt độ màng dầu bố trí tiết diện ổ theo phương chu vi bạc vùng chịu tải màng dầu Bộ vi xử lý nhận tín hiệu đo từ cảm biến hiển thị hình LCD máy tính HỆ THỐNG ĐO 2.1 Thiết bị thực nghiệm Thiết bị thực nghiệm ổ đỡ nghiên cứu giới thiệu Hình Động điện (1) (công suất 0,55 KW tốc độ 1390vg/ph) truyền chuyển động cho trục (3) qua truyền đai (2) Khi trục quay, ổ đỡ làm việc tạo màng dầu trục bạc, màng dầu tồn áp suất thủy động cân với tải tác dụng lên ổ Đồng thời nhiệt độ màng dầu, bề mặt trục bạc tăng lên ma sát 1: Động 2: Đai 3: Trục 4: Ổ 5: Bể dầu 6: Bơm dầu 7: Van đảo chiều 8: Đồng hồ 9: Van giảm áp 10: Van tiết lưu 11: Cảm biến nhiệt 12: Cảm biến áp suất 13: Biến tần 14: Tủ điện Hình 1: Sơ đồ nguyên lý thiết bị thực nghiệm 235 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình 2: Ổ đỡ thủy động hệ thống thủy lực cấp dầu bôi trơn Hình giới thiệu ổ đỡ nghiên cứu hệ thống thủy lực cấp dầu bôi trơn Ổ có thông số: chiều dài ổ L=50 mm, đường kính ổ D = 70 mm Tải tác dụng lên ổ treo bạc, làm việc, trục bạc có độ lệch tâm tạo phân bố áp suất màng dầu Hình 2a Áp suất nhiệt độ màng dầu đo tiết diện ổ theo phương chu vi Áp suất đo năm vị trí A1, A2, A3, A4, A5 (vùng màng dầu chịu tải có áp suất phân bố Hình 2a), xen kẽ cách năm vị trí đo nhiệt độ T1, T2, T3, T4, T5 (Hình 2b) Dầu bôi trơn cấp cho ổ hệ thống thủy lực (Hình 2c) Áp suất lưu lượng dầu cấp điều chỉnh qua van giảm áp (9) van tiết lưu (10) 2.2 Hệ thống đo Đặt năm cảm biến áp suất năm cảm biến nhiệt độ vị trí cần đo áp suất nhiệt độ màng dầu Cảm biến áp suất MPXHZ6400A (Hình 3a) có phạm vi đo: 20-400 KPa; Sai số tối đa 1,5% giá trị đo, thời gian phản hồi: 1ms Tín hiệu từ cảm biến đo theo mạch nguyên lý đầu ADC (Hình 3b) Cảm biến áp suất gắn lên bạc đo trực tiếp áp suất màng dầu bên bạc Hình 3: Cảm biến áp suất mạch đo cảm biến Cảm biến nhiệt độ DS18B20 (Hình 4a) có phạm vi đo: -55°C - +155°C; sai số: ± 0,5°C Tín hiệu đo từ cảm biến áp suất nhiệt độ xử lý vi xử lý trung tâm ATmega8 (Hình 4b) hiển thị kết đo hình LCD máy tính 236 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình 4: Cảm biến nhiệt độ vi xử lý Tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiệt độ đưa vào cổng input vi xử lý, vi xử lý tính toán chương trình điều khiển đưa kết đo cổng output hiển thị lên hình LCD (Hình 5) Chương trình nhận tín hiệu, xử lý tín hiệu hiển thị viết theo sơ đồ thuật toán trình bày Hình Tùy theo chế độ làm việc ổ (thay đổi tải trọng tốc độ quay), vi xử lý đọc tín hiệu ADC từ cảm biến sau chuyển đổi tín hiệu hiển thị lên hình LCD máy tính Bắt đầu Nhập giá trị tải trọng vận tốc Tạm dừng 1s S Đọc ADC Đ Hiển thị LCD máy tính Kết thúc Hình 6: Sơ đồ thuật toán Hình 5: Sơ đồ mạch nguyên lý KẾT QUẢ Hình 7: Hệ thống đo áp suất nhiệt độ màng dầu ổ đỡ thủy động 237 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Sau lắp đặt cảm biến đo áp suất nhiệt độ vào vị trí đo, kết nối với mạch vi xử lý hình hiển thị LCD máy tính ta hệ thống đo đặc tính (áp suất nhiệt độ) ổ đỡ thủy động (Hình 7) Để đánh giá kiểm nghiệm hệ thống đo, tiến hành khảo sát đo áp suất nhiệt độ màng dầu chế độ làm việc khác ứng với tải tác dụng vận tốc quay khác Hình 8: Biểu đồ áp suất màng dầu tải trọng 30N tốc độ quay 400vg/ph Biểu đồ áp suất màng dầu Hình cho thấy giá trị áp suất điểm A1, A2, A3, A4, A5 (ứng với vị trí biểu đồ 1, 2, 3, 4, 5) 104,437 KPa, 106,825KPa, 165 KPa, 113,1 KPa, 100,0375 KPa tải trọng 30N tốc độ quay 400vg/ph Tại vị trí A3, áp suất màng dầu đạt giá trị lớn tương ứng với vị trí chiều dày màng dầu nhỏ nhất, áp suất giảm dần sang hai bên vị trí A1, A2 A4, A5 tương ứng với chiều dày màng dầu tăng, điều phù hợp với lý thuyết bôi trơn [12] Hình 9: Biều đồ nhiệt độ tải trọng 30N tốc độ quay 200vg/ph Tương tự đo nhiệt độ màng dầu vị trí T1, T2, T3, T4, T5 (ứng với vị trí biểu đồ 1, 2, 3, 4, 5) 19,53750C, 19,650C, 19,8250C, 19,680C, 19,6250C tải trọng 30N tốc độ quay 200vg/ph Giá trị đo vị trí T3 cao đạt 19.8250C giảm dần hai phía T2, T1 T4, T3 Tại vị trí T,3 chiều dày màng dầu lớn giảm dần hai phía nhiệt độ giảm theo Các giá trị nhiệt độ cho thấy đường đặc tính nhiệt độ ổ phù hợp với lý thuyết bôi trơn thủy động [12] Nhiệt độ màng dầu vị trí đo chênh lệch không lớn nhiệt phân tán vào trục bạc, dầu bôi trơn cấp cho ổ tuần hoàn nên nhiệt độ tăng không nhiều đồng Hình 10 cho thấy áp suất màng dầu ổ tăng theo tải tác dụng 30N, 50N, 70N tốc độ quay 400vg/ph, điều hoàn toàn phù hợp với lý thuyết bôi trơn [12] 238 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình 10: Áp suất màng dầu theo tải tác dụng tốc độ quay 400vg/ph Hình 11 cho thấy nhiệt độ màng dầu bôi trơn tăng theo tải tác dụng 30N, 50N, 70N tốc độ quay 400vg/ph, điều hoàn toàn phù hợp với lý thuyết bôi trơn [12] Hình 11: Nhiệt độ màng dầu tốc độ 400vg/h KẾT LUẬN Bài viết trình bày xây dựng hệ thống đo áp suất nhiệt độ màng dầu ổ đỡ thủy động Thông qua cảm biến áp suất MPXHZ6400A nhiệt độ DS18B20 Các cảm biến đo áp suất nhiệt độ màng dầu đặt bạc tiết diện ổ theo phương chu vi vùng chịu tải màng dầu Tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiệt độ đưa vào cổng input vi xử lý ATmega8, vi xử lý tính toán chương trình điều khiển đưa kết đo cổng output hiển thị lên hình LCD máy tính Các kết đo kiểm nghiệm cho thấy, giá trị đo áp suất nhiệt độ màng dầu với phân bố áp suất nhiệt độ ổ thủy động chịu tải Ở tải trọng, áp suất màng dầu đạt giá trị lớn vị trí chiều dày màng dầu nhỏ (áp suất 165Kpa tải 30N, tốc độ 400vg/ph), chiều dày màng dầu tăng áp suất giảm (áp suất 104,437 KPa, 106,825 KPa trước vị trí chiều dày màng dầu nhỏ 113,1KPa, 100,0375 KPa sau vị trí chiều dày màng dầu nhỏ nhất) Tương tự, nhiệt độ màng dầu đạt giá trị lớn vị trí chiều dày màng dầu nhỏ (19,8250C tải 30N, tốc độ 200vg/ph), nhiệt độ màng dầu giảm nhẹ chiều dày màng dầu tăng (19,53750C, 19,650C trước vị trí chiều dày màng dầu nhỏ 19,680C, 19,6250C sau vị trí chiều dày màng dầu nhỏ nhất) Sự chênh lệch không lớn nhiệt độ màng dầu vị trí khác nhiệt hấp thụ vào trục, bạc dầu tuần hoàn Điều phù hợp với lý thuyết bôi trơn thủy động 239 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cooke W L., 1965-1966, Dynamic Displacement in a Diesel Engine Main Bearing, Proceeding Lubrication and Wear Second Convention, Instn Mech Engrs., Vol 23 [2] Rosenberg R C., 1973, A Method for Determining the Influence of Multigrade oils on Journal Bearing Performance, SEA TRANS Paper 730483, Vol 82 [3] Goodwin G., Holmes R., 1975, Determination of the Oil Film Thickness in a Crankshaft Main Bearing, The Journal of Automotive Engineering, Instn, Mech, Engrs., 1975 [4] Moreau H., 2001, Mesures des Epaisseurs du Film d’Huile dans les Paliers de Moteur Automobile et Comparaisons avec les Résultats Théoriques, Thèse de Doctorat de Université de Poitiers [5] OPTASANU V., 2000, Modélisation Expérimentale et Numérique de la Lubrification des Paliers Compliants sous Chargement Dynamique, Thèse de Doctorat de l’Université de Poitiers [6] Hoang L V., 2002, Modélisation Expérimentale de la Lubrification Thermoélastohydrodynamique des Paliers de Tête de Bielle Comparaison entre les Résultats Théoriques et Expérimentaux, Thèse de Doctorat de l’Université de Poitiers [7] Trần Thị Thanh Hải, Nghiên cứu sai số hình học ổ đỡ thực nghiêm ổ, 1999 [8] Phạm Văn Hùng, Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị đo áp suất ổ thủy động dùng phương pháp biểu thị đánh giá đại, Đề tài cấp Bộ, Mã số B2005-28-216, 2005 [9] Văn Thế Minh, Kỹ thuật vi xử lý, NXB Giáo dục, 1997 [10] Đỗ Xuân Tiến, Kỹ thuật vi xử lý Lập trình Assembly cho hệ vi xử lý, NXB Khoa học & kỹ thuật, 2001 [11] Dương Minh Trí, Cảm biến ứng dụng, NXB KH & KT, 2001 [12] Frêne Jean, Daniel Nicolas, Bernard Degueurce, Daniel Berthe, Maurice Godet, Préfacede Gilbert Riollet., Paris 1990, Lubrification hydrodinamique Paliers et butées THÔNG TIN TÁC GIẢ Phạm Trung Thiên Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, phamtrungthienbkhn@gmail.com, Tel: +84438680073 Trần Thị Thanh Hải Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, hai.tranthithanh@hust.edu.vn, Tel: +84438680073 240 ... biến đo áp suất nhiệt độ vào vị trí đo, kết nối với mạch vi xử lý hình hiển thị LCD máy tính ta hệ thống đo đặc tính (áp suất nhiệt độ) ổ đỡ thủy động (Hình 7) Để đánh giá kiểm nghiệm hệ thống. .. Hình 11: Nhiệt độ màng dầu tốc độ 400vg/h KẾT LUẬN Bài viết trình bày xây dựng hệ thống đo áp suất nhiệt độ màng dầu ổ đỡ thủy động Thông qua cảm biến áp suất MPXHZ6400A nhiệt độ DS18B20 Các cảm... động phương pháp đo chiều cao cột áp Năm 2005, Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị đo áp suất ổ thủy động dùng cảm biến tác giả Phạm Văn Hùng [8] Bài báo xây dựng hệ thống đo áp suất nhiệt độ