Nghiên cứu đặc tính bôi trơn nhiệt thủy động của ổ có dạng đầu to thanh truyền tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM TRUNG THIÊN NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH BƠI TRƠN NHIỆT THỦY ĐỘNG CỦA Ổ CĨ DẠNG ĐẦU TO THANH TRUYỀN Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2020 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1- TS Trần Thị Thanh Hải 2- TS Phạm Minh Hải Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Từ nhà phát minh vĩ đại James Watt phát minh đầu máy nước thay đổi công nghiệp giới cho thấy hiệu suất làm việc động định lớn đến suất làm việc phát triển cơng nghiệp Chính tầm quan trọng việc nâng cao hiệu suất tuổi thọ động mà nhà khoa học đề cao trọng nghiên cứu bôi trơn Đặc biệt, bôi trơn ổ đầu to truyền có vai trị đặc biệt quan trọng định hiệu suất làm việc tuổi thọ ổ Tuổi thọ ổ đầu to truyền phụ thuộc vào nhiều thông số, thơng số hình học (kích thước hình dạng ổ), động học động lực học (tốc độ quay tải tác dụng), đặc tính bơi trơn (độ nhớt, khối lượng riêng) vật liệu ổ Nghiên cứu điều kiện làm việc khắc nghiệt cho ổ quan trọng vấn đề nhà khoa học học quan tâm, tính tốn lý thuyết thực nghiệm Các nghiên cứu tính tốn theo hướng nghiên cứu bơi trơn thủy động có thêm hiệu ứng đàn hồi (EHD-ElastoHydroDynamic) nhiệt đàn hồi (TEHD - ThermoElastoHydroDynamic) thêm hiệu ứng quán tính Các nghiên cứu thực nghiệm gồm nghiên cứu với thiết bị sử dụng truyền thật truyền mô Ở Việt Nam, nghiên cứu bôi trơn ổ đầu to truyền mô số thực nghiệm Hơn nữa, nghiên cứu chưa tính tới hiệu ứng nhiệt ổ Vì mà em lựa chọn đề tài: ‘‘ Nghiên cứu đặc tính bơi trơn nhiệt thủy động ổ có dạng đầu to truyền’’ Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn ổ đầu to truyền - Nghiên cứu hiệu ứng nhiệt màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền - Nghiên cứu thực nghiệm nhiệt ổ đầu to truyền thay đổi tốc độ quay dầu bôi trơn - Nghiên cứu mô nhiệt ổ đầu to truyền với điều kiện biên thích hợp Mục đích nghiên cứu - Xây dựng chương trình mơ nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền với điều kiện thích hợp - Thực nghiệm đo nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền chế độ vận tốc quay 100 vg/ph, 150 vg/ph, 200 vg/ph dầu bôi trơn Besil F100, Atox320 - So sánh nhiệt độ thực nghiệm với kết tính tốn mơ nhiệt ổ đầu to truyền với điều kiện biên thích hợp Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan bôi trơn thủy động ổ đầu to truyền - Nghiên cứu lý thuyết bơi trơn thủy động có tính đến hiệu ứng nhiệt - Tham gia xây dựng hệ thống xác định tải tác dụng lên truyền hệ thống giám sát áp suất, nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền thiết bị thực nghiệm khảo sát điều kiện bôi trơn ổ đầu to truyền - Xây dựng chương trình tính nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền - Thực nghiệm đo nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền chế độ tải trọng vận tốc khác - So sánh kết chương trình tính nhiệt độ màng dầu bơi trơn ổ đầu to truyền với kết thực nghiệm Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm: Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm truyền mơ hình mơ hình Thực nghiệm đo tải tác dụng, áp suất, nhiệt độ màng dầu với tốc độ quay khác bôi trơn hai loại dầu Besil F100, Atox 320 để đánh giá ảnh hưởng tải trọng, áp suất, nhiệt độ màng dầu bôi trơn tới hiệu suất làm việc động - Nghiên cứu mô phỏng: Sử dụng phương pháp nghiên cứu mô số xây dựng chương trình mơ trường nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền phương pháp phần tử hữu hạn sở giải phương trình Reynolds, phương trình chiều dày màng dầu, phương trình cân tải, phương trình lượng xác định chênh lệch nhiệt độ màng dầu thay đổi tốc độ dầu bôi trơn Những điểm đề tài Xây dựng chương trình tính tốn số nhiệt độ màng dầu bơi trơn cho ổ đầu to truyền với điều kiện biên thích hợp 2 Xây dựng hệ thống giám sát đặc tính bơi trơn (tải tác dụng lên truyền, áp suất nhiệt độ màng dầu) ổ đầu to truyền Xây dựng đặc tính nhiệt ổ đầu to truyền thực nghiệm với hai loại dầu bôi trơn Besil F100 Atox 320 theo chu kỳ làm việc tốc độ quay khác Cấu trúc luận án Luận án bao gồm 120 trang với 09 bảng biểu số liệu, 97 hình ảnh sơ đồ, 80 tài liệu tham khảo Kết cấu bao gồm: mở đầu 03 trang, tổng quan 18 trang, sở lý thuyết tính tốn mơ nhiệt cho ổ đầu to truyền 20 trang, phương pháp nghiên cứu thiết bị thực nghiệm 29 trang, kết thực nghiệm, kết mô so sánh kết mô với thực nghiệm 28 trang, kết luận đề xuất 03 trang, tài liệu tham khảo 06 trang phụ lục CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN Trong chương này, luận án giới thiệu ổ đầu to truyền động cơ, tượng nguyên nhân hư hỏng ổ đầu to truyền Tổng quan tình hình nghiên cứu giới nước bôi trơn ổ đầu to truyền vấn đề liên quan Kết luận chƣơng 1 Các nghiên cứu lý thuyết mô số bôi trơn ổ đầu to truyền tính tới nhiều thơng số điều kiện hoạt động gần với điều kiện thực tế Các nghiên cứu đặc tính bơi trơn hiệu suất làm việc chịu ảnh hưởng hiệu ứng thủy động, thủy động đàn hồi, hiệu ứng quán tính, hiệu ứng nhiệt, thay đổi độ nhớt dầu bôi trơn tượng gián đoạn tái tạo màng dầu Các nghiên cứu lý thuyết mô bôi trơn ổ đầu to truyền xoay quanh sử dụng phương pháp số phần tử hữu hạn sai phân hữu hạn để tính tốn trường áp suất, nhiệt độ, chiều dày màng dầu với hiệu ứng bôi trơn Các nghiên cứu thực nghiệm với truyền mơ hình hướng tới tỉ lệ tương đồng với truyền thật để đánh giá chế độ bơi trơn đặc tính bơi trơn giống với điều kiện làm việc thực tế Các nghiên cứu thực nghiệm truyền thật với chế độ làm việc khắc nghiệt cho kết nghiên cứu đánh giá sát với thực tế sử dụng Trên giới nghiên cứu nhiều vấn đề bôi trơn ổ đầu to truyền Tuy nhiên Việt Nam chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu bơi trơn ổ đầu to truyền, nghiên cứu bước đầu đặt móng cho nghiên cứu bơi trơn ổ đầu to truyền Việt Nam CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN VÀ MÔ PHỎNG SỐ NHIỆT ĐỘ MÀNG DẦU Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN TRONG THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 2.1 Lý thuyết bôi trơn thủy động 2.1.1 Phương trình Reynolds Phương trình Reynolds cho màng chất lỏng bơi trơn thuỷ động hai bề mặt (hình 1) Trong u, v, w vận tốc theo phương x, y, z h chiều dày mạng chất bôi trơn y V2 y U2 W2 U1 W1 O z x h O x Hình 2.1: Hệ tọa độ   h p    h p  h h       U  U    W1  W2  x   x  z   x  x z   p  6h  U  U   6h  W1  W2   12V2  12h x z t 3 (2.1) 2.1.2.Phương trình chiều dày màng dầu  Rb F Rt  Ob e Ot M'  h M  Rt Rb Hình 2.2: Mặt cắt ổ Chiều dày màng chất bơi trơn ổ trịn cứng (Hình 2.2) tính: h  C (1   cos ) (2.2) 2.1.3 Phương trình cân tải Các lực tác dụng lên ổ đâu to truyền (Hình 2.3) biểu diễn theo phương trình cân tải sau:  pcos dS  Fx 0  S     psin dS  Fy 0 S  (2.3) Hình 2.3: Sơ đồ lực tác dụng lên ổ Fx Fy lực kéđược xác định biểu đồ phụ tải chu kỳ động cơ, Ө góc tạo ⃗ trục x 2.1.4 Phương trình lượng Phương trình lượng tổng quát hệ toạ độ Oxyz viết cho màng chất bơi trơn, giải phương trình lượng có trường nhiệt độ ổ ( [( ) ) ( ( ) ] ) ( ) ( ) (2.4) Điều kiện biên - Theo phương z: p (, z=L/2)=P1; p (, z=-L/2)=P2; - Theo phương  p(=0, z)=p(=2, z) Trong đó: P1 P2 áp suất bên ngồi hai đầu ổ Nếu ổ có rãnh tiếp dầu bơi trơn điều kiện biên tương ứng sau: - Đối với rãnh đường tròn z=0 p(, z=0)=Pa với Pa áp suất khí - Đối với rãnh dọc trục =a p(a, z)=Pa Đối với rãnh hình chữ nhật (a, b) z(za, zc): p=Pa với Pa áp suất rãnh 2.2 Mơ nhiệt độ màng dầu ổ đầu to truyền Phương trình lượng tổng quát hệ toạ độ Oxyz viết cho màng chất bôi trơn: ( ) [( ) ( ( ) ( ) ) ] ( ) (2.5) nhiệt dung riêng; u, v,w vận tốc ổ theo phương x,y,z; k hệ số trao đổi nhiệt Giải u,v,w với tính nhiệt độ thời điểm xác định vận tốc Bỏ qua truyền Trong nhiệt theo phương chu vi phương chiều trục vận tốc u w theo công thức: (∫ ∫ ) (∫ ∫ ) ∫ ∫ Có u, w áp dụng phương trình (2.8) giải vận tốc v theo phương y Chuyển toàn giá trị từ hệ tọa độ thực sang hệ tọa độ không thứ nguyên thay vào phương trình tổng qt 2.5 ta có giá trị nhiệt độ T Áp dụng phương trình độ nhớt phụ thuộc nhiệt độ (2.9) giải độ nhớt thời điểm nhiệt độ xác định: Hình 2.4: Miền tích phân màng dầu Miền màng dầu (Hình 2.4) chia thành phần tử hình hộp chữ nhật nút với hàm nội suy Ni viết hệ toạ độ tự nhiên Chuyển từ hệ tọa độ thực sang hệ tọa độ tự nhiên áp dụng mô hình phần tử hữu hạn có phương trình trường nhiệt độ màng chất bơi trơn { } Thuật tốn giải trường nhiệt độ màng dầu hình 2.5 Hình 2.5: Thuật toán giải trường nhiệt độ màng dầu Kết mô trường nhiệt độ ổ Với ổ đầu to truyền mơ hình hóa sử dụng hai loại dầu Besil F-100 dầu Atox A320 với tốc độ quay 100 vg/ph, 150 vg/ph 200 vg/ph Sử dụng phần mềm lập trình Fortran95 để giải trường nhiệt độ ổ biểu diễn kết phần mềm SigmaPlot Hình 2.6 trường nhiệt độ màng dầu (Độ chênh nhiệt độ ổ) ổ đầu to truyền tốc độ quay 100 vg/ph 3600 trục khuỷu dùng hai loại dầu bôi trơn Besil F100 Atox 320 Ta thấy, vùng nhiệt độ cao màng dầu vùng màu cam, tương ứng với mức ba bảng màu nhiệt độ Vùng nhiệt độ cao xung quanh góc 00 (3600) truyền theo phương chu vi ổ đạt giá trị lớn tiết diện ổ 3.10C với dầu Besil F100 3.70C với dầu Atox 320 Vùng nhiệt độ thấp màng dầu vùng đối diện góc 00 tức xung quanh góc 1800 truyền Điều hợp lý xung quanh góc 00 (3600) truyền, áp suất màng dầu đạt giá trị lớn vị trí đối diện (góc 1800), áp suất màng dầu đạt giá trị nhỏ Besil F100 Atox 320 Hình 2.6:Trường nhiệt độ màng dầu (Độ chênh nhiệt độ ổ) tốc độ 100 vg/ph, góc 3600 trục khuỷu Kết luận chƣơng Nghiên cứu sở lý thuyết tính tốn mơ bơi trơn nhiệt thủy động cho ổ đầu to truyền sở giải phương trình Reynolds, phương trình chiều dày màng dầu, phương trình cân tải phương trình lượng Xây dựng chương trình mơ số trường nhiệt độ màng dầu bôi trơn cho ổ đầu to truyền phương pháp mơ hình hố tốn nhiệt cho màng dầu, áp dụng mơ hình phần tử hữu hạn Galerkin với miền tích phân màng dầu chia dạng lưới nút hình hộp chữ nhật Chương trình mơ số trường nhiệt độ màng dầu cho ổ đầu to truyền mô trường nhiệt độ ổ với độ chênh nhiệt độ thay đổi tốc độ quay với hai loại dầu bôi trơn Besil F100 Atox 320 Khi xảy nổ, vùng nhiệt độ cao màng dầu vùng xung quanh góc 00 (3600) truyền Vùng nhiệt độ cao vùng màng dầu chịu tải lớn nhất, áp suất màng dầu lớn Vùng nhiệt độ thấp màng dầu vùng đối diện góc 00 tức xung quanh góc 1800 truyền Tốc độ quay cao độ tăng nhiệt độ lớn Tại vị trí góc 00 (3600) độ truyền chiều dày màng dầu nhỏ nhất, giá trị áp suất lớn nhiệt độ màng dầu lớn Khi ổ bơi trơn dầu có độ nhớt cao nhiệt độ màng dầu cao tốc độ quay c) Đo nhiệt độ màng dầu Nhiệt độ màng dầu ổ đầu to truyền đo sáu vị trí thông qua cảm biến nhiệt độ “thermal coup type K”theo phương chu vi tiết diện ổ theo phương chiều dài (Hình 3.4) Các vị trí đặt cảm biến góc 00, 450, 1350, 1800, 2250, 3150 truyền Tín hiệu cảm biến gửi xử lý liệu DAQ , sau lập trình hiển thị lưu kết đo Hình 3.4: Vị trí lắp cảm biến nhiệt độ Hình 3.5 ảnh chụp tổng thể thiết bị thực nghiệm đo tải trọng, áp suất nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền Hình 3.5: Ảnh chụp tổng thể thiết bị thực nghiệm kết nối hệ thống đo Kết luận chƣơng Phương pháp nghiên cứu luận án từ nghiên cứu mô số phần tử hữu hạn, nghiên cứu thực nghiệm truyền mơ hình để kiểm chứng kết mơ số với yếu tố nhiệt độ màng dầu, áp suất màng dầu lực tác dụng lên truyền Thiết bị thực nghiệm bôi trơn ổ đầu to truyền với truyền nghiên cứu vật liệu quang đàn hồi chịu tải trọng mô theo chu kỳ làm việc động Nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền đo sáu vị trí theo phương chu vi tiết diện ổ theo phương chiều dài thông qua cảm biến nhiệt độ “thermalcouple type K” Áp suất màng 11 dầu bôi trơn ổ đầu to truyền xác định thông qua cảm biến áp suất XCQ-062 đặt trục ổ Tải tác dụng lên truyền đo cảm biến đo biến dạng nối thành mạch cầu Thiết bị hệ thống đo hội đồng khoa học cấp năm 2019 nghiệm thu đánh giá đạt độ tin cậy cao đề tài B2016-BKA-20 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thực nghiệm đo đặc tính bơi trơn ổ đầu to với hai loại dầu Besil F-100 dầu Atox A320 tốc độ quay 100 vg/ph, 150 vg/ph 200 vg/ph 4.1 Kết thực nghiệm 4.1.1 Xử lý số liệu thực nghiệm Tất số liệu thực nghiệm sử dụng phương pháp ước lượng lượng kiểm định giá trị trung bình để lựa chọn số liệu sau sử dụng phương pháp so sánh hai giá trị trung bình hai biến chuẩn lấy mẫu độc lập phương pháp so sánh nhiều giá trị trung bình phân tích phương sai ANOVA để đánh giá độ tin cậy số liệu thực nghiệm 4.1.2 Tải tác dụng lên truyền Lực tác dụng lên truyền đo theo góc quay trục khuỷu chu kỳ làm việc tốc độ khác Hình 4.1 lực kéo/nén (Hình 4.1a) lực uốn (Hình 4.1b) tác dụng lên truyền tốc độ 100 vg/ph Lực kéo/nén lực uốn đạt giá trị lớn 3600 trục khuỷu (385.25 N - lực kéo/nén, 25.01 N - lực uốn) a b Hình 4.1: Lực kéo/nén uốn tác dụng lên truyền tốc độ quay 100 vg/ph Hình 4.2a lực kéo/nén hình 4.2b lực uốn tác dụng lên truyền tốc độ quay 100 vg/ph, 150 vg/ph 200 vg/ph Ta thấy, tăng tốc độ quay lực cực đại tác dụng lên truyền lúc xảy nổ giảm Đó lực qn tính tăng tốc độ quay tăng vùng xảy nổ, lực quán tính ngược chiều với lực khí thể mơ tác dụng lên truyền, tổng lực tác dụng lên truyền giảm 12 Hình 4.2: Lực kéo/nén uốn tác dụng lên truyền theo góc quay trục khuyu tốc độ quay khác 4.1.3 Áp suất màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền Hình 4.3: Áp suất màng dầu theo góc quay trục khuỷu 00 1800 truyền, tốc độ quay 100 vg/ph, góc 3600 trục khuỷu Áp suất màng dầu tương ứng với tải tác dụng lên truyền Hình 4.3a áp suất màng dầu ổ đầu to truyền 00 truyền theo góc quay trục khuỷu tốc độ quay 100 vg/ph Áp suất màng dầu đạt giá trị lớn (0,837 MPa) xung quanh góc 3600 trục khuỷu, tức thời điểm xảy nổ Áp suất màng dầu đạt giá trị nhỏ (0,152 MPa) xung quanh góc 00 (7200) trục khuỷu, thời điểm truyền điểm chết trên, tương ứng vùng tải nhỏ tác dụng lên truyền Ngược lại, vị trí 1800 truyền, áp suất màng dầu đạt giá trị nhỏ 0,13 Mpa (Hình 4.3b) áp suất màng dầu đạt giá trị lớn 0,445 MPa 00 trục khuỷu Hình 4.4 áp suất màng dầu ổ đầu to truyền 00 và1800 truyền tốc độ quay từ 100 vg/ph đến 200 vg/ph Ta thấy, áp suất lớn màng dầu giảm tốc độ quay tăng Điều phù hợp với lý thuyết, tăng tốc độ chiều dày màng dầu nhỏ tăng 13 Hình 4.4: Áp suất màng dầu theo góc quay trục khuỷu 00 1800 truyền tốc độ quay khác 4.1.4 Nhiệt độ màng dầu ổ đầu to truyền Thực nghiệm đo nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền với dầu bơi trơn Besil F100 có độ nhớt 0.135 Pa.s dầu bôi trơn Atox 320 có độ nhớt 0.28 Pa.s Hình 4.5 giao diện phần mềm hiển thị kết đo nhiệt độ màng dầu sáu vị trí ứng với sau đường nhiệt độ hình hiển thị kết đo Vùng nhiệt độ màng dầu vị trí cảm biến cảm biến cao Nhiệt độ cảm biến đạt 27.1987 0C nhiệt độ cảm biến đạt 26.7465 0C Vùng nhiệt độ màng dầu vị trí cảm biến cảm biến thấp Vùng nhiệt độ màng dầu vị trí cảm biến (26.5768 0C) cảm biến (26.5603 0C) thấp vùng nhiệt độ cảm biến cảm biến cao vùng nhiệt độ cảm biến cảm biến Vì trục quay thuận chiều kim đồng hồ, cảm biến cảm biến nằm vùng tạo áp suất dương màng dầu, cảm biến cảm biến nằm vùng không tạo áp suất Nên giá trị vùng nhiệt độ cảm biến cảm biến thấp vùng nhiệt độ màng dầu vị trí cảm biến cảm biến Hình 4.5: Nhiệt độ cảm biến phần mềm Labview chu kỳ thứ 1000th Hình 4.6 nhiệt độ màng dầu góc 00 truyền theo góc quay trục khuỷu với tốc độ 100 vg/ph ổ đầu to truyền Khi xảy nổ, piston điểm chết tức vị trí góc 3600 trục 14 khuỷu, giá trị nhiệt độ cao 27.1987 0C Tại góc 1800 5400 trục khuỷu, nhiệt độ màng dầu thấp vị trí chiều dày màng dầu lớn Tại vị trí đối diện góc 00 góc 1800 Khi piston điểm chết , xảy nổ, vị trí góc 5400 trục khuỷu, nhiệt độ màng dầu thấp 26.3654 0C Hình 4.6: Nhiệt độ màng dầu theo góc quay trục khuỷu chu kỳ thứ 1000 tốc độ 100 vg/ph Hình 4.7: Nhiệt độ màng dầu theo góc quay trục khuỷu chu kỳ khác Hình 4.7 biểu diễn nhiệt độ màng dầu theo góc quay trục khuỷu chu kỳ khác Từ chu kỳ 1000 tới chu kỳ 3000 nhiệt độ ổ chưa ổn định, có gia tăng nhiệt nhanh, nhiệt độ góc trục khuỷu có chênh lệch lớn Từ chu kỳ 3000 trở đi, nhiệt độ ổ ổn định nhiệt độ chênh lệch góc trục khuỷu chênh lệch ít, khơng đáng kể a b Hình 8: Nhiệt độ màng dầu theo chu kỳ tốc độ 100 vg/ph 150 vg/ph 15 Hình 4.8a nhiệt độ màng dầu theo chu kỳ hoạt động ổ tốc độ quay 100 vg/ph Giá trị nhiệt độ 00 truyền cao nhiệt độ 1800 truyền thấp Trong suốt 100 phút thực nghiệm tương đương 5000 chu kỳ hoạt động, ổ hoạt động ổn định Nhiệt độ ổ đạt trạng thái ổn định sau 2500 chu kỳ Từ bắt đầu hoạt động đến 2500 chu kỳ, nhiệt gia tăng mạnh, độ tăng nhiệt độ 0C Sau 2500 chu kỳ, nhiệt độ ổ ổn định, nhiệt độ có tăng nhẹ khơng đáng kể theo thời gian Hình 4.8b nhiệt độ màng dầu theo chu kỳ hoạt động ổ tốc độ quay 150 vg/ph Giá trị nhiệt độ góc 00 truyền cao góc 1800 truyền thấp Trong suốt 100 phút thực nghiệm tương đương 7000 chu kỳ hoạt động, ổ hoạt động ổn định, nhiệt độ ổ đạt trạng thái ổn định sau 3000 chu kỳ Từ bắt đầu hoạt động đến 3000 chu kỳ, nhiệt gia tăng mạnh, độ tăng nhiệt độ 0C Sau 3000 chu kỳ Nhiệt độ ổ ổn định, nhiệt độ có tăng nhẹ khơng đáng kể theo thời gian Tương tự thực nghiệm với dầu Besil F100, thực nghiệm đo nhiệt độ màng dầu ổ đầu to truyền với dầu Atox 320 có độ nhớt 0.28 Pa.s tốc độ quay 100 vg/ph, 150 vg/ph, 200 vg/ph Hình 4.9 ổ đầu to truyền đạt trạng thái ổn định nhiệt độ sau 2500 đến 3000 chu kỳ với dầu silicon F-100 sau 1500 – 2500 chu kỳ với dầu Atox 320 Hình 4.9: So sánh nhiệt độ màng dầu với dầu F-100 dầu Atox 320 theo chu kỳ hoạt động tốc độ 100 vg/ph Dầu Atox 320 có độ nhớt động học cao dầu silicon F-100, ổ đầu to truyền làm việc nhiệt độ gia tăng mạnh thời gian đạt trạng thái ổn định nhiệt độ ổ ngắn Ở tốc độ, dầu có độ nhớt động học cao có độ tăng nhiệt độ cao Dầu F0 100 có độ tăng nhiệt độ C, dầu Atox 320 có độ tăng nhiệt độ C Với hai loại dầu bôi trơn, nhiệt độ màng dầu gia tăng 16 mạnh từ ổ bắt đầu làm việc đến đạt trạng thái ổn định sau nhiệt độ tăng nhẹ theo thời gian làm việc ổ 4.2 Kết mô số nhiệt độ màng dầu ổ đầu to truyền Hình 4.10: Trường nhiệt độ màng dầu Besil F100 (Độ chênh nhiệt độ ổ) tiết diện ổ theo phương chiều dài tốc độ 100 vg/ph, góc 3600 trục khuỷu Tách riêng nhiệt độ màng dầu tiết diện ổ theo phương chiều dài hình 4.10 Nhiệt độ lớn 00 truyền, sau giảm dần hai phía theo phương chu vi đạt giá trị nhỏ 1800 truyền Giá trị nhiệt độ chênh lệch vị trí nhiệt độ màng dầu cao (góc 00 cuả truyền) vị trí nhiệt độ nhỏ (góc 1800 truyền) 3.10 C Giá trị nhiệt độ vị trí góc 1350 góc 2250 truyền cao giá trị nhiệt độ vị trí góc 1800 truyền nhỏ vị trí góc 450, 3150 Hình 4.11: Trường nhiệt độ màng dầu Besil F100 (Độ chênh nhiệt độ) ổ theo phương chiều dài góc 00 truyền với tốc độ 100 vg/ph, góc 3600 trục khuỷu Hình 4.11 đồ thị dạng cột biểu diễn độ chênh nhiệt độ màng dầu ổ đầu to truyền theo phương chiều dài ổ Tại góc 00 17 truyền nhiệt độ lớn tiết diện ổ giảm dần hai phía mép ổ, thể tiết diện ổ chịu tải lớn giảm dần hai phía Điều hợp lý xung quanh góc 00 truyền vùng chịu tải lớn xảy nổ tiết diện ổ chịu tải lớn Hình 4.12 so sánh giá trị trường nhiệt độ màng dầu (Độ chênh nhiệt độ ổ) tiết diện z = 0, z = L/4, z = L/2 theo phương chiều dài ổ góc 3600 trục khuỷu với tốc độ 100 vg/ph Ta thấy, độ tăng nhiệt độ màng dầu lớn tiết diện ổ giảm dần phía mép ổ Nhiệt độ 3.1 0C tiết diện ổ z = 0, 2.2 0C tiết diện z= L/4 1.4 0C tiết diện z= L/2 Dù tiết diện theo phương chiều dài ổ nhiệt độ màng dầu đạt giá trị lớn nằm vị trí góc 00 (3600) truyền Nhiệt độ thay đổi mạnh khoảng từ góc 00 đến góc 100 từ góc 3500 đến 3600 truyền Nhiệt độ thay đổi khoảng từ góc 100 đến 300 từ góc 3300 đến 3500 truyền Các vùng lại truyền nhiệt độ màng dầu thay đổi ít, coi gần khơng đổi Hình 4.12: Trường nhiệt độ màng dầu Besil F100 (Độ chênh nhiệt độ ổ) vị trí ổ theo phương chiều dài tốc độ 100 vg/ph, góc 3600 trục khuỷu Hình 13:Trường nhiệt độ màng dầu Besil F100 (Độ chênh nhiệt độ) tốc độ tiết diện ổ, góc 3600 trục khuỷu 18 Hình 4.13 so sánh độ chênh nhiệt độ ổ đầu to truyền tiết diện ổ tốc độ quay 100 vg/ph, 150 vg/ph 200 vg/ph Với ba tốc độ trường nhiệt độ màng dầu ổ đầu to truyền theo phương chu vi ổ tuân theo quy luật phân bố nhiệt độ Độ chênh nhiệt độ lớn màng dầu tỉ lệ với tốc độ quay, vùng độ chênh nhiệt độ thấp không thay đổi Độ tăng nhiệt độ lớn 3.10C, 4.10C 5.10C với tốc độ quay 100 vg/ph, 150 vg/ph 200 vg/ph Hình 4.14: So sánh trường nhiệt độ màng dầu (Độ chênh nhiệt độ ổ) tiết diện ổ theo phương chiều dài tốc độ 100 vg/ph hai loại dầu, góc 360 trục khuỷu Hình 4.14 biểu diễn thay đổi nhiệt độ màng dầu (độ chênh nhiệt độ) bôi trơn dầu Atox 320 dầu Besil F100 Ta thấy tiết diện, độ tăng nhiệt độ màng dầu bôi trơn dầu Atox 320 cao bôi trơn dầu besil F100 Lần lượt độ tăng nhiệt độ tiết diện ổ 3.70C (Atox 320) 3.10C (Besil F100), tiết diện z = L/4 2.50C (Atox 320) 2.20C (Besil F100), tiết diện z = L/2 1.60C (Atox 320) 1.40C (Besil F100) Độ chênh lệch nhiệt độ màng dầu tiết diện ổ tiết diện z = L/4 dầu Atox 320 dầu Besil F100 1.20C 0.90C Độ chênh lệch nhiệt độ màng dầu tiết diện z = L/4 z = L/2 dầu Atox 320 dầu Besil F100 0.90C 0.80C Điều cho thấy chênh lệch nhiệt độ tiết diện dầu Atox 320 lớn chênh lệch nhiệt độ tiết diện dầu Besil F100 19 Hình 4.15: So sánh độ chênh nhiệt độ tiết diện ổ hai loại dầu tốc độ, góc 360 trục khuỷu Hình 4.15 so sánh độ chênh nhiệt độ màng dầu tiết diện ổ với hai loại dầu bôi trơn Atox 320 Besil F100 tốc độ 100 vg/ph, 150 vg/ph, 200 vg/ph Với dầu Atox 320 độ tăng nhiệt độ 3.7 0C, 5.10C 6.2 0C tốc độ quay 100 vg/ph, 150 vg/ph 200 vg/ph Độ tăng nhiệt độ tăng tốc từ 100 vg/ph lên 150 vg/ph với dầu Atox 320 dầu besil F100 1.4 0C 10C Độ tăng nhiệt độ màng dầu tăng tốc từ tốc độ quay 150 vg/ph lên 200 vg/ph với dầu Atox 320 dầu besil F100 1.1 0C 10C Điều cho thấy độ tăng nhiệt độ tăng tốc quay dầu Atox 320 cao dầu Besil F100 Kết hợp lý dầu Atox 320 có độ nhớt cao dầu Besil F100 nên độ tăng nhiệt độ cao tốc độ quay 4.3 So sánh kết thực nghiệm với kết mô số Hình 4.16: So sánh kết mơ thực nghiệm nhiệt độ màng dầu tốc độ 100 vg/ph, góc 360 trục khuỷu, dầu bơi trơn Besil F100 Hình 4.16 So sánh kết mơ thực nghiệm nhiệt độ màng dầu ổ đầu to truyền tốc độ 100 vg/ph với dầu bôi trơn Besil F100 Ổ đạt trạng thái ổn định sau 2500 chu kỳ nhiệt độ đạt trạng thái ổn định tăng 60C so với nhiệt độ đầu vào Ta thấy nhiệt độ 20 màng dầu mô nhiệt độ màng dầu thực nghiệm tương đồng dạng, nhiên, có khác giá trị nhiệt độ góc truyền Sự chênh lệch nhiệt độ màng dầu lớn góc 00, 450 3150 truyền , 34.110C (kết tính tốn) 34.820C (kết thực nghiệm) góc 00 truyền, 31.60C (kết tính tốn) 32.70C (kết thực nghiệm) góc 450 truyền, 31.340C (kết tính tốn) 31.740C (kết thực nghiệm) góc 3150 truyền Ở góc 1800 cuả truyền, nhiệt độ màng dầu gần khơng có chênh lệch Ở góc 2250 truyền độ chênh lệch nhiệt độ không lớn, 31.040C (kết tính tốn) 31.280C (kết thực nghiệm) Các sai khác lớn khó để giải thích đầy đủ giải thích chương trình mơ số chưa tính hết đến hiệu ứng bơi trơn sai số phép đo Hình 4.17: So sánh kết mơ thực nghiệm nhiệt độ màng dầu tốc độ khác nhau, góc 360 trục khuỷu, dầu bôi Atox 320 ổ đạt trạng thái ổn định Tương tự với dầu Besil F100, bôi trơn dầu Atox 320, nhiệt độ màng dầu qui luật sai khác kết tính tốn mơ thực nghiệm đo (Hình 4.17) Các kết nhiệt độ màng dầu xác định ổ làm việc ổn định Với tốc độ 100 vg/ph, 150 vg/ph 200 vg/ph ổ hoạt động ổn định sau 1500, 2000, 2500 chu kỳ Ở tốc độ thấp (100 vg/ph) sai khác lớn vị trí 00, 450 3150 truyền Khi tốc độ quay cao hơn, 150 vg/ph 200 vg/ph, chênh lệch nhiệt độ màng dầu tính tốn thực nghiệm giảm, ngoại trừ góc 3150 truyền chênh lệch lại tăng 21 Kết luận chƣơng Tất số liệu thực nghiệm sử dụng phương pháp ước lượng lượng kiểm định giá trị trung bình để lựa chọn số liệu sau sử dụng phương pháp so sánh hai giá trị trung bình hai biến chuẩn lấy mẫu độc lập phương pháp so sánh nhiều giá trị trung bình phân tích phương sai ANOVA để đánh giá độ tin cậy số liệu thực nghiệm Mô trường nhiệt độ ổ phần tử hữu hạn độ chênh nhiệt độ màng dầu lớn tiết diện ổ theo phương chiều dài giảm dần hai phía mép ổ Dù tiết diện ổ nhiệt độ màng dầu đạt giá trị lớn nằm vị trí góc 00 tức góc 3600 truyền Các kết nghiên cứu thực nghiệm lực tác dụng lên truyền áp suất màng dầu ổ đầu to truyền tải tác dụng lên truyền phù hợp với biểu đồ tải động thực Khi tăng tốc độ quay lên giá trị tải tác dụng lớn lên truyền giảm Ở tốc độ quay, áp suất màng dầu thay đổi theo góc quay trục khuỷu Khi tăng tốc độ quay, áp suất màng dầu tăng áp suất cực đại giảm Nghiên cứu thực nghiệm so sánh mô với thực nghiệm trường nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền ra: Trường nhiệt độ màng dầu tính tốn mơ số thực nghiệm tương đồng dạng, nhiên có khác giá trị không đáng kể Trong chu kỳ làm việc, nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền vị trí khác chênh lệch không nhiều phù hợp với chu kỳ tải tác dụng Nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền đạt giá trị ổn định sau số chu kỳ định tùy thuộc loại dầu bôi trơn Khi chưa đạt giá trị ổn định nhiệt độ màng dầu gia tăng mạnh, ổ đạt trạng thái ổn định nhiệt độ màng dầu thay đổi không đáng kể suốt trình làm việc Dầu có độ nhớt cao ổ đầu to truyền làm việc nhiệt độ gia tăng mạnh thời gian đạt trạng thái ổn định nhiệt độ ổ ngắn Ở tốc độ, dầu có độ nhớt cao có độ tăng nhiệt độ cao Tốc độ làm việc ổ cao nhiệt gia tăng nhanh Tốc độ quay ổ tăng thời gian đạt trạng thái ổn định nhiệt độ ổ ngắn, tức số chu kỳ để nhiệt độ ổ đạt trạng thái ổn định nhỏ 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ nghiên cứu tổng quan nghiên cứu lý thuyết, luận án nghiên cứu phương pháp nghiên cứu bôi trơn ổ đầu to truyền thông số ảnh hưởng tới chế độ bôi trơn áp suất, tải trọng, nhiệt độ, quán tính, … Phương pháp nghiên cứu mơ số đặc tính bơi trơn nhiệt thủy động ổ đầu to truyền phần tử hữu hạn nghiên cứu thực nghiệm truyền mô hình để kiểm chứng kết mơ Xây dựng chương trình mơ số trường nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền phương pháp phần tử hữu hạn chế độ làm việc khác với hai loại dầu bôi trơn Besil F100 Atox 320 Từ đánh giá ảnh hưởng loại dầu bơi trơn có độ nhớt khác đến nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền Tham gia xây dựng hệ thống xác định tải tác dụng lên truyền hệ thống giám sát áp suất, nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền thiết bị thực nghiệm sử dụng truyền mơ hình vật liệu quang đàn hồi Thanh truyền làm việc theo nguyên lý hệ biên-khuỷu chịu tải mô theo chu kỳ động Tiến hành thực nghiệm nghiên cứu nhiệt thủy động ổ đầu to truyền hệ thống thiết bị thực nghiệm có độ tin cậy, luận án xây dựng đặc tính bơi trơn nhiệt độ, áp suất màng dầu theo góc quay trục khuỷu, tốc độ quay số chu kỳ làm việc với hai loại dầu bôi trơn Besil F100 Atox 320 Các kết thực nghiệm mô số cho thấy nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền tương đồng dạng có khác giá trị Trong chu kỳ làm việc, nhiệt độ vị trí khác màng dầu ổ đầu to truyền chênh lệch không nhiều phù hợp với chu kỳ tải tác dụng Nhiệt độ màng dầu đạt giá trị ổn định sau số chu kỳ định tùy thuộc loại dầu bôi trơn Khi chưa đạt giá trị ổn định nhiệt độ màng dầu gia tăng mạnh, ổ đạt trạng thái ổn định nhiệt độ màng dầu thay đổi không đáng kể suốt trình làm việc Khi dầu bơi trơn có độ nhớt cao hơn, nhiệt độ màng dầu gia tăng mạnh thời gian đạt trạng thái ổn định nhiệt độ ổ ngắn Sự gia tăng nhiệt độ màng dầu bôi trơn tỉ lệ với tốc độ quay ổ Thời gian đạt trạng thái ổn định nhiệt độ ổ ngắn, tức số 23 chu kỳ để nhiệt độ ổ đạt trạng thái ổn định nhỏ tăng tốc độ quay Kiến nghị hƣớng nghiên cứu Luận án dừng lại nghiên cứu hiệu ứng nhiệt thủy động thực nghiệm truyền mơ hình Kiến nghị hướng nghiên cứu nghiên cứu thêm hiệu ứng nhiệt thủy động đàn hồi, hiệu ứng quán tính thực nghiệm truyền thật - Nghiên cứu mô số nghiên cứu thực nghiệm bôi trơn nhiệt thủy động đàn hồi ổ đầu to truyền thiết bị thực nghiệm bôi trơn ổ đầu to truyền Nghiên cứu mô số nghiên cứu thực nghiệm bơi trơn nhiệt thủy động đàn hồi có tính tới hiệu ứng quán tinh ổ đầu to truyền động thực 24 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Thi Thanh Hai Tran, Trung Thien Pham, Trong Thuan Luu (2018), “A Solution for Measuring the Oil Film Temperature of the Connecting-rod Big End Bearing in the Experimental Device”, International Conference on Fluid Machinery and Automation Systems - ICFMAS2018, Volume 1, October 27 - 28, 2018 Phạm Trung Thiên, Trần Thị Thanh Hải, Phạm Minh Hải, “ Mô số trường nhiệt độ màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền”, Tạp chí khí, Volume 4, 108-115, 2020 Phạm Trung Thiên, Trần Thị Thanh Hải, “ Thực nghiệm nhiệt thủy động màng dầu bôi trơn ổ đầu to truyền thiết bị thực nghiệm”, Tạp chí khí, Volume 4, 76-82, 2020 Trung Thien Pham, Thi Thanh Hai Tran, Trong Thuan Luu, “Comparison of Simulation and Experiment Results of Oil Film Temperature of the Connecting-Rod Big End Bearing in The Experimental Device”, Journal of Science and Technology, Volume 143, 7-13, 6/2020 Trung Thien Pham, Thi Thanh Hai Tran, Trong Thuan Luu, Minh Duc Pham (Xác nhận Chờ đăng) “ Experimental study on the lubricated oil film pressure of the connecting-rod big end bearing in the experimental device”, Journal of Science and Technology 25 ... ứng nhiệt ổ Vì mà em lựa chọn đề tài: ‘‘ Nghiên cứu đặc tính bơi trơn nhiệt thủy động ổ có dạng đầu to truyền? ??’ Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn ổ đầu to truyền - Nghiên cứu. .. cơng trình nghiên cứu bôi trơn ổ đầu to truyền, nghiên cứu bước đầu đặt móng cho nghiên cứu bôi trơn ổ đầu to truyền Việt Nam CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG Ổ ĐẦU TO THANH TRUYỀN VÀ... nghiệm truyền thật - Nghiên cứu mô số nghiên cứu thực nghiệm bôi trơn nhiệt thủy động đàn hồi ổ đầu to truyền thiết bị thực nghiệm bôi trơn ổ đầu to truyền Nghiên cứu mô số nghiên cứu thực nghiệm bôi