Nghiên cứu thực nghiệm mòn của cặp ma sát cổ góp động cơ điện DC

Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin chân thành cảm ơn đến Thầy Cô viện Cơ khí viện Sau Đại học - trường Đại học Bách khoa Hà Nội trang bị cho nhiều kiến thức quý báu thời gian qua Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Văn Hùng, người hướng dẫn khoa học luận văn tận tình giúp đỡ hoàn thành luận văn Sau cùng, xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp người thân tận tình góp ý giúp đỡ suốt thời gian nghiên cứu Hà Nội, ngày 24 tháng năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Văn Đoàn Nguyễn Văn Đoàn CH2013B Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học LỜI CAM ĐOAN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ngành khí với đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm mòn cặp ma sát cổ góp động điện DC” tác giả viết hướng dẫn PGS.TS Phạm Văn Hùng Luận văn viết sở nghiên cứu tổng quan lý thuyết mòn khảo sát mòn cặp ma sát cổ góp chổi than động điện DC điều kiện phòng thí nghiệm, từ đưa dự báo tuổi thọ chổi than, thời gian cần bảo dưỡng sửa chữa phục hồi cổ góp Khi viết luận văn này, tác giả có tham khảo kế thừa số kết nghiên cứu tác giả trước sử dụng thông tin số liệu từ tạp chí, sách, mạng internet … theo danh mục tham khảo Tác giả cam đoan chép nguyên văn từ luận văn hay nhờ người khác viết Tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm cam đoan chấp nhận hình thức kỷ luật theo quy định Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hà Nội, ngày 24 tháng năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Văn Đoàn Nguyễn Văn Đoàn CH2013B Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢN VẼ, BẢNG BIỂU .5 .7 CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÒN VẬT LIỆU 10 1.1 Bản chất trình mòn 10 1.2 Các khái niệm định nghĩa 10 1.3 Đặc trƣng trình mòn 19 1.3.1 Sự phụ thuộc mòn vào thời gian quãng đường ma sát 19 1.3.2 Các đại lượng đặc trưng trình mòn 22 1.4 Một số phƣơng pháp tính mòn 24 1.4.1 Tính mòn theo thực nghiệm 25 1.4.2 Tính mòn cặp ma sát theo lượng 25 1.4.3 Tính mòn cặp ma sát theo độ bền nhiệt 26 1.4.4 Tính mòn cặp ma sát theo lý thuyết ma sát mỏi (Krangelsky) .26 1.4.5 Phương pháp tính mòn theo thuyết phân tử 27 1.4.5.1 Phương trình mòn 27 1.4.5.2 Cường độ mòn cặp ma sát tiếp xúc đàn hồi .27 1.4.5.3 Cường độ mòn cặp ma sát tiếp xúc dẻo .30 1.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến mòn 30 1.6 Kết luận chương 35 CHƢƠNG 2: MÒN CHỔI THAN, CỔ GÓP ĐỘNG CƠ ĐIỆN DC 36 2.1 Tổng quan động điện DC 36 2.2 Nguyên lý làm việc động điện chiều 37 2.3 Cấu tạo động điện chiều 38 2.4 Ƣu nhƣợc điểm động điện chiều .41 2.5 Cấu tạo chổi than & cổ góp 41 2.5.1 Chổi than 41 2.5.2 Cổ góp .48 2.6 Nguyên lý làm việc cặp ma sát cổ góp & chổi than 52 Nguyễn Văn Đoàn CH2013B Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học 2.7 Các dạng hƣ hỏng cổ góp & chổi than 53 .53 57 2.8 Phƣơng pháp tính mòn cho cổ góp & chổi than 61 62 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU MÒN THỰC NGHIỆM CỔ GÓP ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRÊN MÁY BK MCG .63 3.1 Mục đích thực nghiệm 63 3.2 Phƣơng pháp thực nghiệm 63 3.3 Mẫu cổ góp chổi than thực nghiệm mòn 63 3.4 Thiết bị đo mòn cặp ma sát chổi than & cổ góp BK-MCG 65 3.5 Thông số trình tự thực nghiệm đo mòn cổ góp & chổi than 67 3.6 Kết thực nghiệm 68 3.6.1 Xác định thông số ban đầu 68 3.6.2 Xác định lượng mòn chổi than cổ góp t = 5h, t = 10h, t = 15h, t = 20h .70 tính tuổi thọ cặp ma sát 71 3.7.1 Tính cường độ mòn chổi than 71 3.7.2 Tính cường độ mòn Cổ góp .72 3.7.3 Xác định tuổi thọ chổi than sở mòn thực nghiệm .74 3.7.4 Xác định tuổi thọ cổ góp sở mòn thực nghiệm 75 3.8 Kết luận chương 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Nguyễn Văn Đoàn CH2013B Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢN VẼ, BẢNG BIỂU Hình 1.1 Sơ đồ hình học bề mặt vật rắn 11 12 Hình 1.3 Mô hình cấu trúc lớp bề mặt khí tróc loại I 14 Hình 1.4 Mô hình cấu trúc lớp bề mặt bị tróc loại II 15 Hình 1.5 Mô hình cấu trúc lớp bề mặt ma sát bị phá hủy mỏi 16 Hình 1.6 Mô hình cấu trúc lớp bề mặt mòn Fretting 17 Hình 1.7 Sự phụ thuộc lượng mòn U vào thời gian t hay quãng đường ma sát L 20 Hình 1.8 Sự thay đổi bề mặt hình học trình chạy rà 21 Hình 1.9 Thay đổi cường độ mòn vào tải trọng thép có 25%C với v = 2,6 m/s 32 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý động điện DC 37 Hình 2.2 Cấu tạo động điện chiều .38 Hình 2.3 Sơ đồ trải động điện chiều 39 Hình 2.4 Nắp động 39 Hình 2.5 Vòng bi 39 Hình 2.6 Cực từ vỏ 40 Hình 2.7 Phần ứng 40 Hình 2.8 Cổ góp chổi than 40 Hình 2.9 Các loại chổi than .41 Hình 2.10 Cấu tạo Chổi than tự động (automatic cut-off) 44 Hình 2.11 Cấu tạo cổ góp 48 Hình 2.12 Các loại cổ góp .49 Hình 2.13 Các loại phiến góp 49 Hình 2.14 Mica cách điện cho cổ góp .50 Hình 2.15 Cấu tạo đai thép cổ góp 51 Hình 2.16 Rãnh mòn bề mặt cổ góp 51 Hình 2.17 Tiếp xúc chổi than cổ góp 52 Hình 2.18 Bề mặt chổi than làm việc bình thường 53 Hình 2.19 Bề mặt chổi than làm việc .54 Hình 2.20 Bề mặt chổi than không đạt yêu cầu .54 ẩn gây kẹt phá hủy nam châm 55 Nguyễn Văn Đoàn CH2013B Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học Chổi than bị kẹt cứng không bảo dưỡng định kỳ 55 56 Hình 2.24 Bề mặt cổ góp làm việc bình thường .57 Hình 2.25 Bề mặt cổ góp sử dụng 58 Hình 2.26 Bề mặt cổ góp không đạt yêu cầu 58 Hình 2.26 Bề mặt cổ góp không đạt yêu cầu (tiếp) 59 60 60 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý chung thiết bị thực nghiệm .63 Hình 3.2 Hình dáng, kích thước 04 loại chổ 64 ệm 64 Hình 3.3 Hình dáng, kích thước cổ Hình 3.4 Thiết bị đo mòn BK-MCG 65 Hình 3.5 Cấu tạo thiết bị đo mòn BK – MCG [4] 66 Hình 3.6 Kích thước ban đầu cổ góp 68 Hình 3.7 Khối lượng ban đầu cặp chổi than số .68 Hình 3.8 Khối lượng ban đầu cặp chổi than số .69 Hình 3.9 Khối lượng ban đầu cặp chổi than số .69 Hình 3.10 Khối lượng ban đầu cặp chổi than số 70 Hình 3.11 Đồ thị thực nghiệm quan hệ lượng mòn U theo thời gian cặp chổi than 71 BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các mã chổi than (Grade) 47 Bảng 3.1 Kết đo lượng mòn cặp chổi than sau lần thực nghiệm 70 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp cường độ mòn cặp chổi than theo thời gian .72 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp cường độ mòn cổ góp theo thời gian .73 Bảng 3.4 Lượng mòn chổi than theo chiều cao lớp mòn 74 Bảng 3.5 Lượng mòn cổ góp theo chiều cao lớp mòn .75 Nguyễn Văn Đoàn CH2013B Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học Lý chọn đề tài Ngày nay, để đáp ứng yêu cầu ngày cao sản xuất đại, ch , có vây không làm ảnh hưởng đến suất chất lượng sản phẩm cần hân tích nguyên nhân hỏng hóc, cố máy móc, thiết bị phần lớn máy móc bị hỏng gãy mà mòn hư hỏng bề mặt ma sát mối liên kết động Chi phí sửa chữa đảm bảo kỹ thuật máy móc khí tầm quốc gia tính trung bình chiếm 1÷ 3% thu nhập quốc dân/năm Nếu có công nghệ tiên tiến làm giảm hẳn mài mòn vật liệu, tăng tuổi thọ máy móc lên vài lần mang lại hiệu lớn lao cho kinh tế quốc dân Ngoài việc giảm mòn nâng cao tuổi thọ việc nghiên cứu mòn vật liệu cho ta dự báo khả làm việc an toàn tin cậy thiết bị máy móc, từ có thay thế, sửa chữa chi tiết có hiệu Điều đặc biệt quan trọng máy có độ xác cao đại máy công cụ CNC, máy gia công tinh máy mài, dây chuyền tự động, v.v… Điểm chung thiết bị chúng trang bị động điện DC AC Mặc dù động điện AC có cấu tạo đơn giản, công suất lớn, dễ vận hành động điện DC ưu điểm mà động điện DC thiếu sản xuất đại Trong động điện DC cặp ma sát chổi than & cổ góp phận cấu thành quan trọng định tuổi thọ độ tin cậy động cơ, việc nghiên cứu, xác định tuổi thọ dự kiến cặp chổi than & cổ góp đưa dự đoán khả thay chổi than, bảo dưỡng sửa chữa phục hồi cổ góp thực cần thiết Chính đề tài luận văn chọn hướng nghiên cứu “Nghiên cứu thực nghiệm mòn cặp ma sát cổ góp động điện DC” Nguyễn Văn Đoàn CH2013B Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm mòn cặp ma sát cổ góp động điện DC” tập trung vào khảo sát mòn cặp ma sát cổ góp chổi than động điện DC điều kiện phòng thí nghiệm, từ đưa quy luật xây dựng đường cong mòn thực nghiệm để dự báo tuổi thọ chổi than, thời gian cần bảo dưỡng sửa chữa phục hồi cổ góp Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu cặp ma sát cổ góp & chổi than thông dụng, phổ biến thị trường Chổi than: Chổi than 153 Trung quốc, chổi than Makita A-88536, chổi than DCA, chổi than Makita 417A; Cổ góp Makita (sản xuất Trung Quốc) Đây loại chổi than cổ góp phổ biến thị trường, sử dụng nhiều bảo dưỡng, sửa chữa thay động điện DC Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu luận án tập trung nghiên cứu, khảo sát mòn cặp ma sát cổ góp chổi than động điện DC điều kiện phòng thí nghiệm Phƣơng pháp nghiên cứu Lý thuyết: Nghiên cứu tính ma sát, mòn bề mặt ma sát chổi than & cổ góp Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến cường độ mòn cặp chổi than & cổ góp Thực nghiệm: Tổ chức thực nghiệm xác định thông số lượng mòn U theo thời gian hay quãng đường ma sát loại chổi than khác từ đưa dự báo tuổi thọ loại chổi than dự báo thời gian cần bảo dưỡng sửa chữa phục hồi cổ góp Các nội dung luận văn Nội dung luận văn bao gồm chương sau: Chương 1: Nghiên cứu tổng quan mòn vật liệu Trong chương trình bày sở lý thuyết trình mòn vật liệu, phương pháp tính mòn yếu tố ảnh hưởng tới trình mòn Nguyễn Văn Đoàn CH2013B Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học Chương 2: Mòn chổi than, cổ góp động điện DC Trong chương trình bày đặc điểm cấu tạo, ưu nhược điểm động điện DC, cấu tạo phương pháp tính mòn cho cặp ma sát chổi than, cổ góp Chương 3: Nghiên cứu mòn thực nghiệm cổ góp động điện máy BK MCG Nội dung chủ yếu chương trình bày: Giới thiệu thiết bị thực nghiệm, tổ chức thực nghiệm, xây dựng đường cong mòn tính toán tuổi thọ cặp ma sát Kết luận Luận văn nghiên cứu nguyên nhân dạng hư hỏng ổi than - cổ góp trình mòn, ổ mòn xác định tuổi thọ dự kiến loại chổi than thí nghiệm, từ có kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa phục hồi cổ góp phù hợp Kết nghiên cứu luận văn chắn áp dụng có hiệu thực tế sản xuất Nguyễn Văn Đoàn CH2013B Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ MÒN VẬT LIỆU 1.1 Bản chất trình mòn [1] Trong trình mòn, chi tiết máy bị thay đổi hình dạng, khối lượng kích thước vị trí tương chi tiết phối hợp Trong vùng tiếp xúc ma sát bề mặt bị biến dạng, chảy dẻo, ion hóa tạo thành hỗn hợp vật liệu gọi vật thể thứ ba Khi chạy rà bề mặt công nghệ chi tiết ma sát chuyển động tương nhau, nhấp nhô hình thành gia công thâm nhập vào làm biến dạng, gây cắt bẻ gãy nhấp nhô Hình thành nhấp nhô thứ cấp có chiều cao bán kính cong đỉnh nhấp nhô mật độ nhấp nhô phụ thuộc vào điều kiện chạy rà Nhìn chung tiếp xúc bề mặt ma sát dần cải thiện cách tự phát qua trình chạy rà, tiếp xúc đàn hồi trở thành phổ biến, điều kiện quan trọng để đảm bảo hoạt động chi tiết ma sát miền bình thường Trong trình mòn xảy tượng nén ép đỉnh nhấp nhô, tạo bề mặt có nhấp nhô, có biến dạng dẻo hình thành dải tiếp xúc Như cho trình mòn kết hợp đồng thời tượng bong tách phần tử mòn vết tiếp xúc tượng nén ép nhấp nhô bề mặt răng, v.v… Nhưng mặt tổng quan quan niệm trình mòn tổng hợp ba tượng sau: Thứ nhất, tượng tương tác bề mặt tiếp xúc ma sát Thứ hai, tượng thay đổi xảy bề mặt tiếp xúc ma sát kim loại Thức ba, tượng phá hủy lớp bề mặt tiếp xúc ma sát Ba tượng không ngừng biến đổi ảnh hưởng qua lại lẫn 1.2 Các khái niệm định nghĩa [1] [2] Mòn: Là trình phá hủy lớp bề mặt vật rắn tiếp xúc ma sát, giá trị mòn đánh giá theo suy giảm kích thước vật thể ma sát theo hướng vuông góc với bề mặt ma sát (đường ma sát) Tốc độ mòn cặp ma sát trượt phụ thuộc vào tính vật liệu, hình dáng, kích thước chất lượng bề mặt điều kiện làm việc như: Tải, vận tốc, nhiệt độ, bôi trơn … Các trình thay đổi phức tạp xảy lớp màng mỏng tiếp xúc ma sát Nguyễn Văn Đoàn 10 CH2013B Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học 3.4 Thiết bị đo mòn cặp ma sát chổi than & cổ góp BK-MCG Hình 3.4 Thiết bị đo mòn BK-MCG Thiết bị đo mòn BK-MCG nối với động không đồng ba pha có công suất N = 0,27 KW, số vòng quay n = 1400 (vòng/phút) khớp đăng Số cặp chổi than cổ góp thí nghiệm đồng thời cặp Sơ đồ cấu tạo thiết bị đo mòn thể hình 3.5 Nguyễn Văn Đoàn 65 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học 10 11 12 16 15 14 13 1- Động cơ; - Nối trục; - Gối đỡ; - Trục; - Vít; - Giá chổi than; - Cổ góp; - Vít trí; - Dây nối; 10 - Đai ốc công; 11 - Ổ bi; 12 - Đế; 13 - Chổi than; 14 - Bu lông chống xoay; 15 - Bạc; 16 - Bu lông Hình 3.5 Cấu tạo thiết bị đo mòn BK – MCG [4] Nguyên lý hoạt động thiết bị BK-MCG: Chuyển động quay động truyền cho trục thiết bị đo thông qua trục đăng Trên trục có lắp cổ góp, chổi than 13 lắp giá đỡ chổi 6, giữ chặt vít 8, chổi than tì sát vào cổ góp nhờ lò xo nén chổi than Hai ổ bi 11 giúp chổi than giá đỡ chổi than chuyển động quay độc lập so với trụ trục quay nhờ có hai ổ bi 11 bulông chống xoay 14 nên giá chổi than không bị - Chổi than tì vào cổ góp nên trục quay chổi than cổ góp có trượt tương dẫn đến xuất lực ma sát Ma sát chổi than cổ góp dẫn đến mài mòn cho chổi than cổ góp Sau thời gian thí nghiệm t1 = 5h, t2 = 10h, t3 = 15h, t4 = 20h tiến hành dừng thiết bị đo khối lượng chổi than Hiệu khối lượng chổi than lúc ban đầu khối lượng chổi than cân tương ứng khoảng thời Nguyễn Văn Đoàn 66 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học gian t1, t2, t3, t4, lượng mòn cần xác định ∆G (g) chổi than Áp dụng công thức tính cường độ mòn cổ góp lượng mòn cổ góp 3.5 Thông số trình tự thực nghiệm đo mòn cổ góp & chổi than Dựa vào yếu tố quan trọng trình nghiên cứu mòn cặp ma sát chổi than cổ góp ta có thông số thực nghiệm sau: Các thông số thực nghiệm - Thời gian thực nghiệm: t1 = 5h, t2 = 10h, t3 = 15h, t4 = 20h - Đo lượng mòn theo khối lượng ΔG (g) chổi than điều kiện ma sát khô Trình tự thực nghiệm - Xử lý bề mặt chổi than, cổ góp thật - Đánh mã số cho cặp chổi than & cổ góp - Xác định khối lượng chổi than kích thước cổ góp ban đầu Lắp mẫu chổi than & cổ góp vào đồ gá thiết bị đo mòn BK – MCG - Kiểm tra mối nối - Kiểm tra thông số đầu vào - Sau kiểm tra tất điều kiện tiến hành chạy thiết bị đo mòn BKMCG Sau khoảng thời gian t1 = 5h thực nghiệm, khối lượng chổi than kích thước cổ góp giảm so với ban đầu Xác định lượng mòn chổi than: UCT = ΔGCT = GT CT – GS CT (g) (3.1) Trong đó: GT CT: Khối lương chổi than trước thực nghiệm (g); GS CT: Khối lượng chổi than sau thực nghiệm (g) Từ kết đo mòn xác định cường độ mòn Ih CT chổi than theo công thức: Ih CT = / GCT/(Aa.L) [1] (3.2) Từ xác định cường độ mòn cổ góp công thức: IhCG = Aa αM Ih CT Ar [1] (3.3) - Lặp lại trình tự thực nghiệm cho khoảng thời gian t2 = 10h, t3 = 15h, t4 = 20h, từ Nguyễn Văn Đoàn xây dựng đường cong mòn 04 mẫu chổi than 67 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học 3.6 Kết thực nghiệm 3.6.1 Xác định thông số ban đầu * Kích thước cổ góp ban đầu: Hình 3.6 Kích thước ban đầu cổ góp * Khối lượng chổi than ban đầu: - Cặp số 1: Chổi than 153 Trung quốc Khối lượng ban đầu GT CT = 7,9285 (g) Hình 3.7 Khối lượng ban đầu cặp chổi than số Nguyễn Văn Đoàn 68 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học - Cặp số 2: Chổi than Makita A-88536 Khối lượng ban đầu GT CT = 7,9230 (g) Hình 3.8 Khối lượng ban đầu cặp chổi than số - Cặp số 3: Chổi than DCA Khối lượng ban đầu GT CT = 8,1465 (g) Hình 3.9 Khối lượng ban đầu cặp chổi than số Nguyễn Văn Đoàn 69 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học - Cặp số 4: Chổi than Makita 417A Khối lượng ban đầu GT CT = 7,0886 (g) Hình 3.10 Khối lượng ban đầu cặp chổi than số 3.6.2 Xác định lượng mòn chổi than cổ góp t = 5h, t = 10h, t = 15h, t = 20h - Thời gian thực nghiệm: t1 = 5h, t2 = 10h, t3 = 15h, t4 = 20h - Lực nén lò xo: P = 0,2 Kg - Đo lượng mòn chổi than theo khối lượng, tính lượng mòn cổ - Điều kiện ma sát khô - Số mẫu thí nghiệm song song: 04 Từ kết tính toán lượng mòn UCT = ΔGCT HCG = ΔHCG vẽ đồ thị mối quan hệ lượng mòn chổi than UCT cổ góp HCG phụ thuộc vào thời gian Bảng 3.1 Kết đo lượng mòn cặp chổi than sau lần thực nghiệm Chế độ thí Lƣợng mòn sau lần thử (g) nghiệm Cặp số Cặp số Cặp số Cặp số t = 5h 0,0292 0,0207 0,0201 0,0683 Nguyễn Văn Đoàn 70 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học t = 10h 0,0419 0,0338 0,0225 0,1026 t = 15h 0,0549 0,0476 0,0265 0,1347 t = 20h 0,0688 0,0621 0,0321 0,1731 tính tuổi thọ cặp ma sát Từ kết thực nghiệm đo bảng 3.1 xây dựng đồ thị lượng mòn cặp chổi than phụ thuộc vào thời gian hay quãng đường ma sát U (g) 0,2 0,18 Cặp số 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 Cặp số 0,06 Cặp số 0,04 Cặp số 0,02 t (h) 0h 5h 10h 15h 20h 25 Hình 3.11 Đồ thị thực nghiệm quan hệ lượng mòn U theo thời gian cặp chổi than 3.7.1 Tính cường độ mòn chổi than Từ kết đo mòn xác định cường độ mòn Ih CT chổi than theo công thức 3.2: Ih CT = / GCT/(Aa.L) Trong đó: Aa – diện tích bề mặt ma sát chổi than: Aa = 13,7 x 6,78 = 92,88 10-6 m2 λ – tỷ số diện tích danh nghĩa diện tích bề mặt ma sát: Nguyễn Văn Đoàn 71 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học λ= Aa =1 At ρ – khối lượng riêng chổi than: ρ = 190 103 g/m3 L - quãng đường ma sát: L = v.t v= Trong đó: d n (m/ph) 1000 v - Vận tốc cổ góp (m/ph) t - thời gian (phút) d - đường kính cổ góp: d = 36,5 mm n - số vòng quay cổ góp: n = 1400 v/ph Thay giá trị thực nghiệm từ bảng 3.1 vào có bảng tổng hợp cường độ mòn chổi than sau: Bảng 3.2 Bảng tổng hợp cường độ mòn cặp chổi than theo thời gian Cặp số Chế độ thí Lƣợng nghiệm mòn Cặp số Cặp số Cặp số Cƣờng Cƣờng Cƣờng Cƣờng độ mòn Lƣợng độ mòn Lƣợng độ mòn Lƣợng độ mòn Ih CT Ih CT Ih CT Ih CT mòn mòn mòn -6 -6 -6 (10 ) (10 ) (10 ) (10-6) t = 5h 0,0292 34,37 0,0207 24,37 0,0201 23,66 0,0683 80,40 t = 10h 0,0419 24,66 0,0338 19,89 0,0225 13,24 0,1026 60,39 t = 15h 0,0549 21,54 0,0476 18,68 0,0265 10,40 0,1347 52,68 t = 20h 0,0688 20,25 0,0621 18,28 0,0321 9,45 0,1731 50,94 3.7.2 Tính cường độ mòn Cổ góp Theo lý thuyết phần tử Kragelsky xác định cường độ mòn cổ góp theo công thức 3.3 sau: IhCG = Nguyễn Văn Đoàn 72 Aa αM Ih CT Ar 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học Trong đó: αM = c tf (1 ) ; 2v ; c= - số môđun đàn hồi vật liệu chổi than: = = 1 E1 - số môđun đàn hồi vật liệu cổ góp = 2 E2 Với: µ1, µ2 - hệ số Poatxong chổi than cổ góp: µ1 = 0,3; µ2 = 0,33 E1 , E2 - hệ số môđun đàn hồi chổi than cổ góp: E1 = 260 GPa; E2 = 125 GPa tf = 6,7 ; A = 1/5 ; a = 0,1 Ar 2v = Thay số vào ta có: αM = 1,15 10-4 Thay giá trị từ bảng 3.2 vào có bảng tổng hợp cường độ mòn Cổ góp sau: Bảng 3.3 Bảng tổng hợp cường độ mòn cổ góp theo thời gian Cƣờng độ mòn Ih CG (10-11) Chế độ thí nghiệm Cổ góp số Cổ góp số Cổ góp số Cổ góp số t = 5h 39,53 28,03 27,21 92,46 t = 10h 28,36 22,87 15,23 69,45 t = 15h 24,77 21,48 11,96 60,58 t = 20h 23,29 21,02 10,87 58,58 Nguyễn Văn Đoàn 73 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học 3.7.3 Xác định tuổi thọ chổi than sở mòn thực nghiệm Lượng mòn chổi than cổ góp xác định theo công thức: I= Trong đó: U L [1] (3.4) I - cường độ mòn không thứ nguyên U - Lượng mòn L - Quãng đường ma sát Từ thực nghiệm xác định cường độ mòn không thứ nguyên chổi than, để xác định lượng mòn U chổi than theo chiều cao lớp mòn ta áp dụng công thức sau: U = Ih CT L [1] (3.5) Trong đó: Ih CT – cường độ mòn không thứ nguyên chổi than L – Quãng đường ma sát (m) Từ kết bảng số liệu 3.2 thay số vào công thức ta có kết sau: Bảng 3.4 Lượng mòn chổi than theo chiều cao lớp mòn Chế độ thí Cƣờng độ mòn Ih CT (10-6) Lƣợng mòn chổi than U (µm) nghiệm Cặp số Cặp số Cặp số Cặp số Cặp số Cặp số Cặp số Cặp số t = 5h 34,37 24,37 23,66 80,40 16,54 11,73 11,39 38,7 t = 10h 24,66 19,89 13,24 60,39 23,74 19,15 12,75 58,14 t = 15h 21,54 18,68 10,40 52,68 31,11 26,98 15,02 76,07 t = 20h 20,25 18,28 9,45 38,99 35,20 18,20 98,08 50,94 Trong điều kiện thực nghiệm ta lấy lượng mòn cho phép chổi than [Umax] = 10000 µm theo số liệu nhà sản xuất - Xác định lượng mòn trung bình chổi than khoảng thời gian 5h thực nghiệm Nguyễn Văn Đoàn 74 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học Um = n n Ui (3.6) i Từ kết bảng 3.4 ta xác định giá trị cho cặp chổi than số Um1 = 9,75 (µm) - Tốc độ mòn trung bình theo thời gian γm1: Trong khoảng thời gian 5h thực nghiệm, có Um1 = 9,75 (µm) nên γm1 = 1,95 (µm/h) Vậy tuổi thọ trung bình cặp chổi than số là: Tm1 = [Umax]/γm1 = 5.130 h * Tương tự tuổi thọ trung bình cặp chổi than số là: Tm2 = [Umax]/γm2 = 5.682 h * Tuổi thọ trung bình cặp chổi than số là: Tm3 = [Umax]/γm3 = 10.989 h * Tuổi thọ trung bình cặp chổi than số là: Tm4 = [Umax]/γm4 = 2.039 h 3.7.4 Xác định tuổi thọ cổ góp sở mòn thực nghiệm Từ thực nghiệm xác định cường độ mòn không thứ nguyên cổ góp, để xác định lượng mòn U cổ góp theo chiều cao lớp mòn ta áp dụng công thức sau: U = Ih CG L [1] (3.7) Trong đó: Ih CG – cường độ mòn không thứ nguyên cổ góp L – Quãng đường ma sát (m) Từ kết bảng số liệu 3.2 thay số vào công thức có kết sau: Bảng 3.5 Lượng mòn cổ góp theo chiều cao lớp mòn Chế độ thí nghiệm Cƣờng độ mòn Ih CG (10-11) Lƣợng mòn cổ góp U (µm) Cổ góp Cổ góp Cổ góp Cổ góp Cổ góp Cổ góp Cổ góp Cổ góp số số số số số số số số t = 5h 39,53 28,03 27,21 92,46 0,190 0,135 0,131 0,445 t = 10h 28,36 22,87 15,23 69,45 0,273 0,220 0,147 0,667 t = 15h 24,77 21,48 11,96 60,58 0,358 0,310 0,173 0,875 t = 20h 23,29 21,02 10,87 58,58 0,448 0,405 0,209 1,128 Nguyễn Văn Đoàn 75 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học Trong điều kiện thực nghiệm ta lấy lượng mòn cho phép cổ góp [Umax] = 1000 µm theo số liệu nhà sản xuất - Xác định lượng mòn trung bình cổ góp khoảng thời gian 5h thực nghiệm theo công thức 3.6 Um = n n Ui i Từ kết bảng 3.5 ta xác định giá trị cho cổ góp số Um1 = 0,112 (µm) - Tốc độ mòn trung bình theo thời gian γm1: Trong , có Um1 = 0,112 (µm) nên γm1 = 0,0224 (µm/h) Vậy tuổi thọ trung bình cổ góp số là: Tm1 = [Umax]/γm1 = 44.643 h * Tương tự tuổi thọ trung bình cổ góp số là: Tm2 = [Umax]/γm2 = 49.383 h * Tuổi thọ trung bình cổ góp số là: Tm3 = [Umax]/γm3 = 95.694 h * Tuổi thọ trung bình cổ góp số là: Tm4 = [Umax]/γm4 = 17.730 h 3.8 Kết luận chương Từ kết thực nghiệm vẽ đồ thị lượng mòn U 04 loại chổi than phụ thuộc vào thời gian hay quãng đường ma sát Tất phù hợp với lý thuyết mòn nghiên cứu Chương Lượng mòn 04 cặp chổi than đo tuân theo quy luật mòn: Trong 05 đo kết lớn thể giai đoạn (giai đoạn chạy rà) khoảng thời gian thí nghiệm lượng mòn không tăng nhiều 05 đầu dần vào ồn định thể giai đoạn (giai đoạn ổn định) nhiên có khác biệt lượng mòn 04 cặp chổi than cho thấy khác biệt việc chế tạo chổi than hãng sản xuất Cặp chổi than số cặp chổi than giá rẻ, không rõ nguồn gốc xuất xứ, không đóng gói, bảo quản tốt nên lượng mòn cường độ mòn lớn, Nguyễn Văn Đoàn 76 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học dẫn tới tuổi thọ cặp chổi than cổ góp nhỏ khoảng lần so với cặp chổi than số chổi than có chất lượng tốt, có thương hiệu, đóng gói, bảo quản cẩn thận Cặp chổi than số số cặp chổi than có chất lượng giá thành trung bình nên cường độ mòn lượng mòn đo tương đồng, tuổi thọ đạt gần 1/2 so với cặp chổi than số Tuổi thọ 04 loại chổi than phổ biến thị trường dự kiến thông qua giả thiết chiều cao lớp mòn [U] cm cổ góp mm Kết thí nghiệm tính toán cho thấy, tuổi thọ cổ góp dài tuổi thọ chổi than gần lần Nguyễn Văn Đoàn 77 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn nguyên nhân dạng hư hỏ than - cổ ứ ề trình mòn, ổ chức ổi ề mòn xác định tuổi thọ dự kiến loại chổi than thí nghiệm, từ có kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa phục hồi cổ góp phù hợp Qua kết thực nghiệm cho thấy tuổi thọ cổ góp dài tuổi thọ chổi than gần lần điều hoàn toàn phù hợp với thực tế vật liệu làm cổ góp cứng nhiều lần so với vật liệu làm chổi than có tốc độ mòn nhỏ nhiều so với chổi than Từ kết thực nghiệm tính cường độ mòn loại chổi than phổ biến thị trường (nằm khoảng từ 9,45.10-6 đến 80,4.10-6) dự báo tuổi thọ cặp ma sát chổi than cổ góp động điện DC điều kiện tương tự thực nghiệm Kiến nghị: Thông qua việc nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm người làm luận văn nhận thấy: Quá trình mòn chổi than cổ góp trình phức tạp, chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, rung động, tải, lực nén lò xo, vật liệu chế tạo v.v C n tiếp tục triển khai nghiên cứu sâu để có biện pháp nhằm tăng tuổi thọ hạn chế hư hỏng không mong muốn Nguyễn Văn Đoàn 78 2013B CTM Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Văn Hùng, Ma sát học NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007; [2] Nguyễn Doãn Ý, Giáo trình ma sát mòn bôi trơn Tribology NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008; [3] Đinh Văn Chiến, Giáo trình Ma sát, mòn, bôi trơn máy thiết bị mỏ, dầu khí NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008; [4] Lê Đức Bảo, Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt ẩm đến cặp ma sát chổi than & cổ góp động điện máy công cụ Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2011 Tiếng Anh [5] Gwidon W Stachowiak and Andrew W Batchelor, Engineering Tribology 2006 [6] Brush life in DC motors Robert J Hamilton, senior product specialist, Reliance Electric Jul 04, 1997 [7] https://anekalistrik.wordpress.com/2009/05/02/commutator-surface-conditions/ [8] https://en.wikipedia.org/wiki/Commutator_(electric) [9]http://www.engineeringcarbonproducts.com/reports/Assessing%20the%20Perform ance%20of%20Carbon%20Brushes.pdf Nguyễn Văn Đoàn 79 2013B CTM ... đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Đề tài Nghiên cứu thực nghiệm mòn cặp ma sát cổ góp động điện DC tập trung vào khảo sát mòn cặp ma sát cổ góp chổi than động điện DC điều... phục hồi cổ góp thực cần thiết Chính đề tài luận văn chọn hướng nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm mòn cặp ma sát cổ góp động điện DC Nguyễn Văn Đoàn CH2013B Viện Cơ khí Bộ môn máy & Ma sát học... than cổ góp phổ biến thị trường, sử dụng nhiều bảo dưỡng, sửa chữa thay động điện DC Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu luận án tập trung nghiên cứu, khảo sát mòn cặp ma sát cổ góp chổi than động