Nghiên cứu về mòn cec măng trong động cơ diesel

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN VIỆT CƯỜNG NGHIÊN CỨU VỀ MÒN XEC-MĂNG TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN VĂN THÊM Cán chấm nhận xét : TS NGUYỄN TUẤN KIỆT Cán chấm nhận xét : PGS.TS NGUYỄN HỮU LỘC Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 07 tháng 01 năm 2009 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS NGUYỄN VĂN THÊM TS NGUYỄN TUẤN KIỆT PGS.TS NGUYỄN HỮU LỘC PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN TS NGUYỄN VĂN GIÁP Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN VIỆT CƯỜNG Ngày, tháng, năm sinh: 10 – 09 – 1982 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Phái: Nam Nơi sinh: Tp HCM MSHV: 00406053 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu mòn segment động Diesel II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu kỹ thuật Tribology phân tích sở lý thuyết mòn xec-măng động Diesel - Sử dụng máy đo ma sát VF1, máy thử mòn tịnh tiến TT-1, hệ thống thử nghiệm động tiến hành thử nghiệm đo thông số trình mòn trình hoạt động xec-măng động Diesel D12, xác định toán để tính lượng mòn xec-măng đưa kết mòn xec-măng động Diesel III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ IV- NGAØY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS NGUYỄN VĂN THÊM CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH PGS.TS NGUYỄN VĂN THÊM Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày …… tháng……… năm……… TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cám ơn đến tất q thầy cô khoa khí tận tình truyền đạt, hướng dẫn cho em suốt học kỳ vừa qua đặc biệt luận văn này, xin cảm ơn gia đình bạn bè hỗ trợ giúp đỡ em hoàn thành luận văn Cho phép em bày tỏ lòng cảm ơn trân trọng đến PGS-TS Nguyễn Văn Thêm tạo điều kiện cho em học tập nghiên cứu hướng dẩn tận tình thầy, giúp em tiếp xúc với phương pháp nghiên cứu, làm việc cách khoa học, bổ sung thêm kiến thức thiếu nâng cao kiến thức khoa học kỹ thuật, có thêm nhiều kinh nghiệm trình làm việc, nghiên cứu sau em Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2008 Người thực Phan Việt Cường TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Ma sát học ngành khoa học có liên quan nhiều lĩnh vực, dặc biệt ngành khí Vì việc nghiên cứu ma sát hay ảnh hưởng ma sát gây yếu tố then chốt để làm tăng khả làm việc máy móc thiết bị nhằm nâng cao tuổi thọ thiết bị ảnh hưởng đến trình hoạt động lâu dài để nâng cao suất tiết kiệm chi phí vận hành Trong luận văn đề cập đến vấn đề mòn xec-măng động Diesel ảnh hưởng nhân tố trình hoạt động áp suất, lượng hạt mài, tốc độ quay trục khuỷu, công suất máy gây ma sát để tính tốn đến khả chống mòn xec-măng hoạt động điều kiện khắc nghiệt để rút nguyên nhân gây hư hỏng Từ liên hệ đến yếu tố đầu vào để chế tạo chi tiết có khả chống mài mịn tốt, nhằm nâng cao suất hoạt động chi tiết máy cách tốt Nội dung luận văn: - Tìm hiểu kỹ thuật Tribology cở sở lý thuyết xec-măng động Diesel - Dùng máy đo mòn TT-1, hệ thống thử nghiệm động phương pháp quy hoạch thực nghiệm đưa kết ảnh hưởng yếu tố q trình hoạt động đến lượng mịn xec-măng Mặc dù có nhiều cố gắng đề tài khơng thể khơng có thiếu sót gặp phải trình nghiên cứu làm việc, tác giả mong nhận thơng cảm ý kiến đóng góp người Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 12 năm 2008 Phan Việt Cường December 2nd, 2008 ABSTRACT Tribology is a science subject which is related to many areas, especially in mechanics Therefore, the research of Tribology is one of the most importance factor to increase operating ability of machine in order to raise the longevity of equipment as well as its effects to the long-term operating process and to save the operating costs In this thesis, the weared segment in Diesel engine which is of affected by some factors in operation such as pressure, quantity of grinding grain, rotation velocity of bent shaft and capacity that create Tribology to calculate the hardwearing ability of segment when of operating in hard conditions in order to find out the causes that produce damage or failure From that point, the relation to input factors to manufacture devices that have ability to prevent wearing and in enhance working capacity in the best way Main content in the thesis: - Finding out Tribology and theory of fundamental segment in Diesel engine - Using wearing gage TT-1, the system of experimenting engine and calculating method to give the results about effect of factors in operating to wearing segment Although the thesis can not be avoided the mistakes in researching, the author hope to receive sympathies and opinion from examiners Sincerely, Phan Viet Cuong MỤC LỤC Đặt vấn đề Chương 1.1 Tổng quan kỹ thuật tribology ………… Tribology 1.2 Các vấn đề ma sát ……………………………………………… 1.2.1 Chất lượng tiếp xúc bề mặt ma sát………… 1.2.2 Sự tiếp xúc BMMS 1.3 Mòn cặp ma sát chi tiết máy …………………………………… 1.3.1 Định nghóa ………………………………………………… 1.3.2 Mòn cặp ma sát …………………………………………… 1.3.3 Phân loại dạng mòn …………………………………… 1.3.4 Các giai đoạn mài mòn cặp ma sát …………………… 10 1.3.5 Bản chất trình mòn ……………………………… 12 1.4 Kỹ thuật bôi trơn Chương 13 1.4.1 Giới thiệu …………………………………………………… 13 1.4.2 Vai trò vật liệu bôi trơn……………………………… 15 1.4.3 Ảnh hưởng chất phụ gia đến dầu bôi trơn …………… 16 Cơ sở lý thuyết ma sát xec-măng xylanh động Diesel 2.1 Tổng quan vật liệu chế tạo Xec-măng …………………………… 18 18 2.1.1 Vật liệu chế tạo Xec-măng ………………………………… 18 2.1.2 Kỹ thuật chế tạo xec-măng ………………………………… 19 2.1.2.1 Yêu cầu kỹ thuật chế tạo xec-măng ……………………… 19 2.1.2.2 Phương pháp chế tạo xec-măng …………………………… 20 2.1.2 Các tính chất yếu tố ảnh hưởng đến tính chất – lý nhiệt Xec-măng ……………………………………… 20 2.2 Các dạng hỏng Xec-măng động Diesel …………………… 25 2.3 Hệ lực tác dụng xec-măng làm việc gồm hai thành phần 26 2.3.1 Lực hướng trục ……………………………………………… 27 2.3.2 Lực hướng kính ……………………………………………… 27 2.4 Đánh giá cặp ma sát Xec-măng Xylanh động Diesel 28 2.4.1 Đặc điểm …………………………………………………… 29 2.4.2 Chế độ ma sát ……………………………………………… 30 2.4.3 Hệ số ma sát ………………………………………………… 30 2.5 Khảo sát biểu đồ áp suất xec-măng 32 2.5.1 Quan hệ biểu đồ áp suất tuổi thọ xec-măng ……… 32 2.5.2 Phương pháp xác định biểu đồ áp suất xec-măng 33 Nghiên cứu mòn xec-măng động Diesel ………… 38 3.1 Khái quát vấn đề nghiên cứu …………………………………………………………… 38 3.2 Nội dung nghiên cứu ………………………………………………… 38 Chương 3.2.1 Chọn vật liệu nghiên cứu …………………………………… 38 3.2.2 Đặc điểm vật liệu nghiên cứu ……………………………… 42 3.2.3 Các quan hệ mòn Xec-măng …………………………… 43 3.3 Ảnh hưởng mòn xec-măng đến tiêu hao nhiên liệu công suất động Diesel …………………………………………… Chương Khảo sát mòn xec-măng động Diesel …………………… 4.1 Xác định phương pháp đo mòn mô hình thực nghiệm ……… 4.1.1 Hệ số ma sát ……………………………………………… 48 51 51 51 4.1.2 Khảo sát mòn mẩu xec-măng điều kiện mài mòn hạt mài …………………………………………………………… 52 4.1.3 Khảo sát mòn xec-măng bệ thử ……………………… 53 4.2 Kết thực nghiệm đo mòn xec-măng máy thử mòn tịnh tiến TT-1 ……………………………………………………………… 56 4.3 Khảo sát mòn xec-măng bệ thử ……………………………… 64 4.3.1 Chương 4.3.2 Xây dựng phương trình mài mòn chi tiết cụm xylanh-piston………………………………………… Tìm hàm Y1 ………………………………………………… 4.3.3 Tìm hàm Y2 ………………………………………………… 70 4.3.4 Tìm hàm Y3………………………………………………… 71 4.3.5 Tìm hàm Y4………………………………………………… 71 4.3.6 Tìm giá trị lớn nhỏ …………………………… 81 Kết luận đề xuất …………………………………………………… 66 70 84 5.1 Kết luận ……………………………………………………………… 84 5.3 Đề xuất ………………………………………………………………… 84 Lời kết 86 Tài liệu tham khaûo 87 Phụ lục 74 Hình 4.10: Độ tăng khe hở miệng xec-măng nhiệt độ nước cơng suất X2[6,78; 9,22] Hình 4.11: Độ tăng khe hở miệng xec-măng tốc độ quay cơng suất X2[ 4.989, 6.776] 75 Hình 4.12: Độ tăng khe hở miệng xec-măng tốc độ quay nhiệt độ nước X2[ 4.989, 6.776] Hình 4.13: Độ tăng khe hở miệng xec-măng nhiệt độ nước cơng suất X2[ 4.989, 6.776] 76 Hình 4.14: Độ mòn chiều cao xec-măng tốc độ quay cơng suất Hình 4.15: Độ mịn chiều cao xec-măng tốc độ quay nhiệt độ nước 77 Hình 4.16: Độ mịn chiều cao xec-măng cơng suất nhiệt độ nước Hình 4.17: Độ mịn chiều cao rãnh piston tốc độ quay công suất 78 Hình 4.18: Độ mịn chiều cao rãnh piston tốc độ quay nhiệt độ nước Hình 4.19: Độ mịn chiều cao rãnh piston công suất nhiệt độ nước 79 Hình 4.20: Độ mịn đường kính xylanh cơng suất nhiệt độ nước Hình 4.21: Độ mịn đường kính xylanh tốc độ nước nhiệt độ nước 80 Hình 4.22: Độ mịn đường kính xylanh công suất nhiệt độ nước * Nhận xét: - Xec-măng lắp thí nghiệm xec-măng loại C (thành phần hóa học bảng 2) độ cứng nằm khoảng 96-97 HRB, hệ số ma sát f=0,229 - Các giá trị độ mòn chi tiết khác - Xét lượng mòn hay độ tăng khe hở miệng xec-măng số Y1 (Ymax=496,62; Ymin=131,66) giá trị mịn lớn phù hợp với lý thuyết quy luật phân bố áp suất áp suất miệng xec-măng lớn áp suất phần lưng lý thuyết mòn xec-măng - Độ mòn theo chiều cao xec-măng Y2 (Ymax=138,27; Ymin=34) lớn đứng sau độ tăng khe hở miệng xec-măng - Độ mòn chiều rộng rãnh piston xec-măng số Y3 (Ymax=55; Ymin=24) độ tăng đường kính lỗ xylanh Y4 (Ymax=72; Ymin=15) nhỏ so với độ mòn xec-măng 81 - Xec-măng loại C thành phần hóa học khơng có hàm lượng Cr, với xec-măng khơng có hàm lượng chống ăn mòn Cr thành phần cấu tạo ảnh hưởng nhiều đến khả chống mòn vật liệu (lượng mòn Y1 lớn) Vì việc chế tạo vật liệu xec-măng hoạt động môi trường khắc nghiệt bảo đảm theo vật liêu chống mịn giảm lượng mịn q trình hoạt động làm tăng hiệu suất làm việc động 4.3.6 Tìm giá trị lớn nhỏ Để tìm chế độ làm việc tốt cho động cơ, tức tìm tốc độ quay động cơ, cơng suất sử dụng động điều khiển nước làm mát để độ mòn chi tiết nhỏ nhất, nhiên tối ưu lúc tất hàm trên, mục đích tuỳ trường hợp cụ thể mà cần tối ưu hố độ mịn chi tiết cụm piston hợp lý, khoảng điều chỉnh ba biến đầu vào Có nhiều phương pháp để xác định giá trị lớn nhỏ hàm phương pháp hiệu thích hợp điều kiện máy tính phương pháp số, với phương pháp xác định khoảng giá trị biến với sai số cho trước ta tìm tất giá trị hàm khoảng sau so sánh để tìm giá trị lớn nhỏ Thuật toán xác định giá trị lớn hàm mục tieu thể hình 4.20, hình 4.21 thuật tốn tìm giá trị nhỏ hàm mục tiêu 82 Y =Y(F max, max ,v max ) x = min, x = min,x = x = x 3+  x Y=f(F, v) abs(Y)abs(Y ) Đún g Sai Sai Y =Y F=x  x v=x x = x 3min ? Đún g x = x 2- x x = x 3max x = x 1- x x = x 2max x = x 3max Sai x 2= x 2min? Đún g Sai x 1= x 1min? Đún g EXIT Hình 4.21: Thuật toán xác định giá trị nhỏ hàm mục tiêu Để giảm thiểu sai số mang ý nghĩa thực tế, giá trị X1, X2, X3, phải lấy nhỏ được, tức giá trị không trùng khớp với khoảng tăng giảm biến đề cập 84 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 Kết luận Qua khảo sát mẫu xec-măng động Diesel D12 cấu tạo gang xám hợp kim thấp, có độ cứng tương đối đồng theo tiêu chuẩn chế tạo xec-măng đảm bảo khả làm việc theo yêu cầu chi tiết làm việc môi trường khắc nghiệt động nhiệt độ cao Các xec-măng nghiên cứu sản xuất Việt Nam xec-măng mua nước ngồi để so sánh để tìm hiểu khả thiết kế chế tạo Việt Nam Luận văn xây dựng tốn để giải mối quan hệ mịn xecmăng thông qua tốc độ quay trục khuỷu, công suất sử dụng, chế độ nhiệt, ảnh hưởng lượng hạt mài từ xác định giá trị max, mơ hình thực nghiệm xác định chế sử dụng động để có tuổi thọ lâu Ngồi xác định tốn cách tính xác suất khơng hỏng mịn Các kết thí nghiệm đáng tin cậy, dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm kiểm định tính tương thích đồng hàm hồi qui với số liệu thực nghiệm Các kết tính tốn bảng dùng phần mềm máy tính chuyên dụng để xây dựng tính tốn cho kết qủa 5.3 Đề xuất Trong luận văn gây dựng phương pháp đo mòn xec-măng thực nghiệm để xác định tuổi thọ xec-măng, nhiên vẩn hạn chế mặt thời gian để xác định rõ thời gian thử nghiệm đo mòn ảnh hưởng áp suất, chế độ làm việc khác loại động từ tìm hiểu kỹ khả phá hủy vận hành sử dụng Học viên có đề xuất sau: 85 Tìm hiểu đo mịn mẫu xec-măng với áp suất khác từ xây dựng biểu đồ áp suất xec-măng để xác định khả làm kín xec-măng loại xec-măng loại động khác Tìm phương pháp bôi trơn tốt để làm tăng tuổi thọ xec-măng hay ứng dụng vật liệu chống mài mòn để chế tạo xec-măng, làm cho khả hoạt động động đảm bảo công suất làm việc với chế độ tải trọng khác 86 LỜI KẾT Trong trình làm luận văn tốt nghiệp phấn đấu thân, giúp đỡ gia đình, bạn bè đặc biệt với hướng dẩn tận tình P.GS-TS Nguyễn Văn Thêm giúp em thực luận văn thời gian yêu cầu đạt mục tiêu đề luận văn Qua nội dung nêu ra, có thiếu sót khơng tránh khỏi q trình làm việc, học viên mong thơng cảm, đóng góp, phê bình q thầy hội đồng để hồn chỉnh thêm kiến thức giúp cho trình học tập nghiên cứu làm việc sau ngày tốt Xin chân thành cảm ơn 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Văn Thêm, “Ma sát học “ Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh 2001 [2] Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Văn Thêm, “ Kỹ thuật ma sát biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 1990 [3] Nguyễn Anh Tuấn, “Tribology tài liệu tổng hợp giảng dạy cho cao học nghiên cứu sinh” Trường đại học Bách khoa Hà nội 1997 [3] Phạm Huy Bình, Lương Thị Thu Giang, Nghiêm Hùng, Phạm Phố, “Vật liệu vật liệu mới” Nhà xuất đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh 2002 [4] Nguyễn Dỗn Ý, “ Ma sát mịn bơi trơn – Tribology” Trường đại học Bách khoa Hà nội 2005 [5] Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Văn Hùng, “Ma sát học “ Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 2005 [6] Nguyễn Cảnh, “Quy hoạch thực nghiệm “ Trường ĐHBK TpHCM 1993 [7] Nguyễn Hữu Lộc, "Quy hoạch thực nghiệm" Trường ĐHBK TpHCM 2006 [8] Hồ Thanh Giảng - Hồ Thị Thu Nga, " Công nghệ chế tạo máy phụ tùng ô tô máy kéo" Nhả xuất GTVT 2001 [9]Peter Andersson, Jaana Tamminen & Carl-Erik Sandstrưm, "Piston ring Tribology", Helsinki University of Technology, [10] T.A Stolarski, Tribology in Machine Design, Butterworth Heinemann /[11] Gwidon W Stachowiak, Andrew W Batchelor, Engineering 88 Tribology, Butterworth Heinemann [12] http://www.tribology-abc.com ... thuật Tribology + Chương 2: Cơ sở lý thuyết ma sát xec -măng xylanh động Diesel + Chương 3: Nghiên cứu mòn xec -măng động Diesel + Chương 4: Khảo sát mòn xec -măng động Diesel + Chương 5: Nhận xét... CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT CỦA XEC-MĂNG VÀ XYLANH TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL 2.1 Tổng quan vật liệu chế tạo Xec -măng: 2.1.1 Vật liệu chế tạo Xec -măng Về vật liệu chế tạo xec -măng, cơng trình nghiên. .. thống thử nghiệm động tiến hành thử nghiệm đo thông số trình mòn trình hoạt động xec -măng động Diesel D12, xác định toán để tính lượng mòn xec -măng đưa kết mòn xec -măng động Diesel III- NGÀY