Nghiên cứu bôi trơn thủy động tích hợp hệ thống khảo sát đặc tính bôi trơn ổ chặn thủy động

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC Trang MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN HỆ THỐNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT HỆ THỐNG DANH MỤC BẢNG BIỂU HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ .4 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Lịch sử nghiên cứu Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu luận văn Tóm tắt điểm đóng góp tác giả Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BÔI TRƠN .9 1.2 PHÂN LOẠI CÁC DẠNG BÔI TRƠN 12 1.3 KẾT LUẬN .12 CHƢƠNG 13 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN BƠI TRƠN THUỶ ĐỘNG 13 2.1 PHƢƠNG TRÌNH REYNOLDS 13 2.2 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN Ổ ĐỠ THUỶ ĐỘNG 16 2.3 LÝ THUYẾT TÍNH TỐN Ổ CHẶN THỦY ĐỘNG 24 2.4 KẾT LUẬN .31 CHƢƠNG 32 HỆ THỐNG ĐO VÀ HIỂN THỊ KẾT QUẢ LÊN MÁY TÍNH 32 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 3.1 THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 32 3.2 LẮP ĐẶT CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT 36 3.3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 40 3.4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM HIỂN THỊ .44 3.5 KẾT LUẬN .47 CHƢƠNG 48 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 48 4.1 CÁC KẾT QUẢ ĐO ÁP SUẤT .48 4.2 CÁC KẾT QUẢ ĐO NHIỆT ĐỘ 51 4.3 KẾT LUẬN .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC 56 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Nguyễn Văn Long học viên cao học lớp 13BCĐT.KT khóa 2013B Chuyên ngành: Cơ Điện Tử Đề tài: Nghiên cứu bơi trơn thủy động Tích hợp hệ thống khảo sát đặc tính bơi trơn ổ chặn thủy động Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Thị Thanh Hải Tôi xin cam đoan nghiên cứu, thực nghiệm luận văn tác giả thực Hà Nội, tháng năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Long Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật HỆ THỐNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VSS: Nguồn cung cấp Vdd: Nguồn cung cấp (+3V ~ +5V) V0: Điều chỉnh độ tương phản RS: Lựa chọn ghi R/W: Đọc ghi HỆ THỐNG DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các thông số ổ chặn Bảng 3.2 Các thông số biến tần SE23400400 Bảng 3.3 Các thông số cảm biến áp suất Bảng 3.4 Các thông số cảm biến nhiệt độ Bảng 3.5 Các thông số Atmega8 Bảng 4.1 Kết thí nghiệm đo áp suất tốc độ 300 v/ph Bảng 4.2 Kết thí nghiệm đo áp suất tốc độ 400 v/ph Bảng 4.3 Kết thí nghiệm đo áp suất tốc độ 500 v/ph Bảng 4.4 Kết thí nghiệm đo nhiệt độ tốc độ 300 v/ph Bảng 4.5 Kết thí nghiệm đo nhiệt độ tốc độ 400 v/ph Bảng 4.6 Kết thí nghiệm đo nhiệt độ tốc độ 500 v/ph HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Hệ tọa độ Hình 2.2 Sơ đồ vị trí khởi động ổ Hình 2.3 Mặt cắt ổ đỡ Hình 2.4 Miền khai triển ổ Hình 2.5 Chia lưới miền khai triển ổ Hình 2.6 Phần tử nút Hình 2.7 Sơ đồ biểu diễn ổ chặn Hình 2.8 Biến thiên lực, hệ sô ma sát lưu lượng theo tỉ số a=h1/h2 Hình 2.9 Sơ đồ ổ chặn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 2.10 Miền khai triển mưởng ổ chặn Hình 2.11 Trường áp suất ổ chặn Hình 3.1 Cấu tạo thiết bị ảnh chụp thiết bị Hình 3.2 Kết cấu ổ chặn Hình 3.3 Cơ cấu đặt tải Hình 3.4 Biến tần điều khiển tốc độ động Hình 3.5 Vị trí đo nhiệt độ áp suất Hình 3.6 Hình ảnh bố trí đầu đo Hình 3.7 Cảm biến áp suất MPXHZ6400A mạch điều khiển Hình 3.8 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 mạch điều khiển Hình 3.9 Sơ đồ chân Atmega8 Hình 3.10 Sơ đồ khối hệ thống đo Hình 3.11 Lưu đồ thuật tốn vi điều khiển Hình 3.12 Sơ đồ mạch điều khiển Hình 3.13 Mơ hoạt động mạch điều khiển Hình 3.14 Thiết lập cổng kết nối Hình 3.15 Giao diện giám sát nhiệt độ áp suất Hình 3.16 Giao diện đồ thị nhiệt độ áp suất Hình 4.1 So sánh biểu đồ áp suất mưởng n=400 vg/ph P=8kg với chiều dày màng dầu Hình 4.2 Áp suất thay đổi theo tải trọng tốc độ 400 vịng/phút Hình 4.3 Áp suất thay đổi theo tốc độ tải tác dụng 8kg Hình 4.4 Biểu đồ nhiệt độ thay đổi tải trọng Hình 4.5 Biểu đồ nhiệt độ thay đổi tốc độ Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ổ chặn thủy động sử dụng phổ biến thiết bị máy móc công nghiệp đặc biệt thiết bị chịu tải trọng lớn theo phương dọc trục Tuy nhiên Việt Nam, chưa có nhiều nghiên cứu ổ chặn thủy động mà chủ yếu tập trung vào ổ đỡ thủy động Để nâng cao tuổi thọ độ tin cậy thiết bị việc nghiên cứu ổ chặn thủy động nói riêng bơi trơn thủy động nói chung cần thiết Qua nghiên cứu tính tốn đặc tính ổ thủy động, đưa biểu đồ áp suất biểu đồ nhiệt độ mưởng ổ, cho phép đánh giá khả tải để đưa biện pháp để nâng cao tuổi thọ độ tin cậy ổ Do việc theo dõi áp suất nhiệt độ màng dầu có kết nối với máy tính giúp kiểm tra, đánh giá tình trạng hoạt động để kịp thời phát cố ổ thơng báo nhanh chóng máy tính cho người quản lý Vì vậy, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu bơi trơn thủy động Tích hợp hệ thống khảo sát đặc tính bơi trơn ổ chặn thủy động” Lịch sử nghiên cứu Bôi trơn thủy động nghiên cứu rộng rãi giới Một cơng trình nghiên cứu bật phải kể đến sách J.Frêne cộng [1] xuất năm 1997 Trong cơng trình nghiên cứu nhóm tác giả đưa lý thuyết tính tốn bơi trơn cho ổ chặn thủy động Năm 2000, tác giả A.L Brown cộng [2] nêu lên hạn chế bôi trơn thủy động ổ chặn dùng nhà máy thủy điện Gần nhất, năm 2014, hai tác giả Zeng-rong Hao, Chun-wei Gu [3] nghiên cứu mô số q trình tạo bọt khí màng dầu ảnh hưởng cân ổ chặn Tại Việt Nam, nghiên cứu bôi trơn thủy động đề cập đến Giáo trình cơng nghệ bơi trơn tác giả Nguyễn Xuân Toàn [4] đưa lý thuyết bôi trơn Gần đây, nghiên cứu tác giả Lưu Trọng Thuận cộng [5] xây dựng chương trình tự động tính tốn bơi trơn ổ đỡ có tính đến Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật tượng gián đoạn màng dầu Các nghiên cứu bôi trơn ổ chặn thủy động Việt Nam cịn Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu luận văn - Mục đích: Khảo sát áp suất nhiệt độ màng dầu ổ chặn thủy động chế độ tải trọng vận tốc khác nhau, hiển thị kết biểu đồ lên máy tính thơng qua truyền thơng nối tiếp - Đối tượng phạm vi nghiên cứu: + Đối tượng nghiên cứu: Áp suất nhiệt độ màng dầu + Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết bôi trơn thủy động Xây dựng hệ thống khảo sát đặc tính bơi trơn ổ chặn thủy động Cách thức hiển thị kết lên máy tính thơng qua truyền thông nối tiếp đánh giá kết đo Tóm tắt điểm đóng góp tác giả Luận văn trình bày gồm chương: Chương 1, tác giả trình bày tổng quan bơi trơn lịch sử phát triển bôi trơn nghiên cứu nhà khoa học giới Chương nghiên cứu lý thuyết tính tốn bơi trơn thủy động xuất phát từ phương trình chiều dày màng dầu, phương trình Reynolds để tính áp suất thủy động đặc tính khác ổ thủy động Chương tính tốn, xây dựng hệ thống đo áp suất nhiệt độ màng dầu cho thiết bị khảo sát đặc tính bơi trơn ổ chặn thủy động Chương đưa kết thực nghiệm, xây dựng biểu đồ áp suất thủy động nhiệt độ màng dầu giá trị vận tốc, tải trọng khác tiến hành đánh giá kết đo Đóng góp tác giả: Luận văn xây dựng hệ thống đo áp suất nhiệt độ màng dầu ổ chặn thủy động có sử dụng cảm biến điện tử ngơn ngữ lập trình C# giao diện Visual Studio Các giá trị đo biểu đồ hiển thị lên máy tính thơng qua truyền thông nối tiếp Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm: + Luận văn nghiên cứu tổng quan lý thuyết bơi trơn thủy động Trên sở giải phương trình Reynolds, tính đặc tính bơi trơn ổ khả tải, lưu lượng… + Nghiên cứu xây dựng hệ thống đo cho thiết bị khảo sát đặc tính bôi trơn ổ chặn thủy động bao gồm: Tiến hành thực nghiệm đo áp suất nhiệt độ màng dầu ổ chế độ làm việc khác thiết bị, lập trình chuyển đổi tín hiệu đo máy tính Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ BÔI TRƠN 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BÔI TRƠN a Lịch sử phát triển trƣớc kỷ 20 Hiện tượng ma sát người biết đến sử dụng từ lâu đời Sáng chế vào khoảng năm 4000 trước công nguyên lăn xe đẩy dùng chuyên trở vật nặng Trải qua nhiều thiên niên kỷ người ta cải tiến bổ xung để cơng cụ đó, thơ sơ tiện dụng giảm nhẹ sức lao động cho người Trong đó, ổ trục kim loại xuất Trung Quốc lần đầu vào khoảng năm 900 bôi dầu động vật thực vật Về mặt lý thuyết, phát minh thuộc Leonard de Vinci (1451-1519) hiệu ứng ma sát đưa khái niệm hệ số ma sát Những sơ đồ nguyên lý nhằm giảm hệ số ma sát ơng mang tính thực tiễn ngày Cuộc cách mạng khoa học lần thứ (1500-1750) ghi nhận bước phát triển quan trọng ngành ma sát học khí, đáp ứng yêu cầu chế tạo trang thiết bị ngày phức tạp Tiêu biểu thời kỳ cơng trình Bernard de Berlidor (1697-1761) kỹ thuật dẫn hướng nâng, Euler (17071783) tính tốn hệ số góc ma sát, hiệu ứng độ nhấp nhô bề mặt Công nghiệp phát triển với tốc độ ngày cao đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu ứng dụng ma sát bôi trơn Vấn đề đặt đầy đủ cơng trình Charles Agustin Coulomb (1736-1806): ma sát học kể đến tính chất vật liệu hiệu ứng bơi trơn, mối liên quan tải trọng đặc tính tĩnh động cặp ma sát Từ ma sát học ngày nghiên cứu rộng sâu hơn; kể đến cơng trình G.A.Hirn (1815-1890), N.P Petrov (1826-1920), B.Tower (1845-1904),…Trong lĩnh vực bôi trơn học giai đoạn này, bật cơng trình việc mơ hình hố dịng chảy chất lỏng đơn giản Stokes, hình thành phương trình tổng quát chuyển động chất lỏng L.H Navier (1785-1836), luật chảy J.M.Poiseuille (1799-1869) Và đặc biệt phương trình Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật tổng quát tiếng bôi trơn thuỷ động công bố năm 1886 Osborne Reynolds (1842-1912) [4] Phương trình Reynolds đánh dấu bước ngoặt phát triển nhảy vọt móng nghiên cứu bôi trơn Xuất phát từ phương trình Navier-Stokes với giả thiết dịng chảy màng dầu bơi trơn, dạng quen biết là:  p  p h   (h )  (h )   (U  U )  2V1  x x z z x   Lý thuyết Reynolds sử dụng rộng rãi kỷ 20 việc nghiên cứu hệ bôi trơn: hệ thống ổ thuỷ động, bôi trơn thủy động đàn hồi, bơi trơn với chế độ dịng chảy vật liệu khác Hơn cịn thúc đẩy lĩnh vực nghiên cứu liên quan đến kỹ thuật bơi trơn gia cơng khí, phương pháp tính tốn…[4] b Q trình nghiên cứu từ kỷ 20 Nghiên cứu ma sát học (Tribology) khoa học nhóm lại đồng thời yếu tố ba lĩnh vực khoa học: Bơi trơn, ma sát mài mịn Thực chất nội dung nghiên cứu thành phần “sống”, tức phận tiếp xúc có chuyển động máy móc thiết bị công nghiệp [4] Kỹ thuật bôi trơn kể đến ngành nghiên cứu mạnh khoa học ma sát học Trước hết cơng trình xoay quanh phương pháp giải phương trình Reynolds Năm 1905, A.G.Michell (1870-1959) giảm áp suất phần biên màng dầu bôi trơn hai phẳng kích thước hữu hạn Vào năm 1904 người ta có phương pháp giải giải tích cho ổ dài vơ hạn với điều kiện biên mang tên gọi tác giả hôm J.W Sommerfield (1868-1951) Tuy nhiên chưa tính đến gián đoạn màng dầu nên áp suất vùng màng dầu không thực tế (áp suất âm) Năm 1914, L.F.Gumbel (1874-1923) đề nghị bỏ qua miền áp suất âm tính ổ Sau đó, năm 1923 H.B.Swift (1894-1960) xác định có vùng áp suất bão hoà màng dầu định điều kiện biên Reynolds tính đến bảo tồn lưu lượng 10 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Ow_Write(&PORTB, 0, 0xCC); // Issue command SKIP_ROM Ow_Write(&PORTB, 0, 0x44); // Issue command CONVERT_T Delay_us(120); Ow_Reset(&PORTB, 0); Ow_Write(&PORTB, 0, 0xCC); // Issue command SKIP_ROM Ow_Write(&PORTB, 0, 0xBE); // Issue command READ_SCRATCHPAD Delay_ms(400); temp_1 = Ow_Read(&PORTB, 0); temp_1 = (Ow_Read(&PORTB, 0)