3. Đối tƣợng, mục đích, phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu
3.2.2.2. Thiết kế mô hình thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm đƣợc thiết kế bao gồm các bộ phận chính nhƣ sau:
- Khung mô hình: Chế tạo bằng thép góc L40x40x4 bằng phƣơng pháp hàn điện, có nhiệm vụ đỡ toàn bộ hệ thống nâng.
- Bàn công tác: Mô phỏng sàn của thang nâng để đặt vật nâng, bàn công tác đƣợc chế tạo bằng thép góc L40x40x4 bằng phƣơng pháp hàn.
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 61 - Các bộ truyền bánh răng côn: Gồm 01 cặp bánh răng trên trục vít me, 01 cặp bánh răng của trục động cơ.
- Trục vít me: Mô hình chế tạo với hai trục vít me. - Động cơ: Sử dụng loại động cơ đi liền hộp số. Ngoài ra còn có các vòng bi, gối đỡ.
Dƣới đây là một số hình ảnh mô hình thí nghiệm đã đƣợc lắp đặt hoàn chỉnh:
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 62
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 63
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 64
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 65
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 66
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 67 3.2.2.3. Tạo tải dọc trục lên bộ truyền vít me – đai ốc bi
Tạo tải phải bảo đảm tạo đƣợc tải nhƣ khi vít me – đai ốc bi làm việc và khi đo mòn trong điều kiện có tác dụng của tải dọc trục. Tải phải đƣợc duy trì ổn định khi đai ốc dịch chuyển ở các vị trí khác nhau trên hành trình. Trong trƣờng hợp này tạo tải nhờ tải trọng.
Đặc điểm của phƣơng án tạo tải bằng tải trọng là tải đặt lên hệ thống rất ổn định, thuận lợi cho quá trình đo đạc. Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, ít tốn kém.
3.2.2.4. Xác định các thông số k thuật cơ bản của máy thí nghiệm
Tải tác động cho phép (tải tĩnh danh nghĩa C0A, tải động danh nghĩa CA) đƣợc quy định trong tiêu chuẩn ISO 3408, xác định dựa vào các thông số: Số vòng bi chịu tải I; đƣờng kính tâm bi Dpw; góc nâng ren ; bƣớc ren Ph; bán kính rãnh cong ren đai ốc rn, bán kính cong rãnh ren trục vít rs.
Tải trọng danh nghĩa của bộ truyền vít me, đai ốc bi làm thí nghiệm: C0A = 2149 (kgf) và CA = 1001 (kgf)
Tƣơng đƣơng với C0A = 21.082 (N) và CA = 9.820 (N)
Tác động lên vít me và đai ốc phải đủ lớn để rút ngắn thời gian thí nghiệm và phù hợp với kích cỡ máy. Đồng thời để tránh rung động ảnh hƣởng đến kết quả thí nghiệm, chọn tải trọng động nhở hơn ½ giá trị tải cho phép
Pmax = 9.820/2 = 4.910 (N)
Tốc độ vít me lấy theo thực tế từ 150 – 200 (m/ph) để bảo đảm rút ngắn thời gian thí nghiệm.
3.2.2.4. Thiết bị đo
Sử dụng đồng hồ so để đo lƣợng mòn của bi. Phƣơng án này đơn giản, giá thành thấp, dễ thao tác trong quá trình đo.
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 68 Thông số k thuật của
đồng hồ so sử dụng trong thí nghiệm: - Đồng hồ so điện tử của hãng Mitutoyo Nhật Bản; - Phạm vi đo từ 0 – 30,4mm; - Độ hiển thị: 0,0005mm; - Độ chính xác: ±0,0015mm. Hình 3.9 Đồng hồ so sử dụng cho thí nghiệm
3.2.2.4. Thiết bị tạo môi trƣờng
Máy thí nghiệm đƣợc đặt trong phòng thí nghiệm có sẵn tại cơ quan. Phòng có khả năng thay đổi về môi trƣờng: Tạo chênh lệch nhiệt độ đến trên 50C, nhiệt độ từ 20 đến 400C; độ ẩm thay đổi đƣợc từ 40 đến 100%. Bảo đảm điều kiện thí nghiệm theo tiêu chuẩn môi trƣờng Việt Nam TCVN 7699-2-30.
4.2.5. Mô tả phƣơng pháp đo
Để xác định lƣợng mòn của bi sử dụng phƣơng pháp đo so sánh sai lệch giữa đƣờng kính bi ban đầu (còn mới chữa đƣa vào sử dụng) so với đƣờng kính bi sau khi đã lắp đặt vào máy chạy có tải với các điều kiện môi trƣờng cụ thể.
Do số lƣợng bi trong một đai ốc bi là lớn và không xác định đƣợc chính xác từng viên bi đo trƣớc khi lắp bộ truyền vào máy và bi sau khi chạy thử nên sẽ lấy ngẫu nhiên 30 viên ( số bi trên các vòng ren làm việc) để đo sau đó lấy giá trị trung bình để so sánh giữa lần đo trƣớc khi chạy máy và sau khi chạy máy. Chênh lệch giữa hai giá trị này chính là lƣợng mòn trung bình của bi. Đối với mỗi viên bi sẽ đƣợc đo năm lần và lấy giá trị trung bình trong năm lần đo để ra giá trị kích thƣớc trung bình của bi.
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 69 Dụng cụ đo: Bi đƣợc định vị trên hai khối V1 và đƣợc kẹp chặt nhờ khối V2 và cơ cấu lò xo. Dụng cụ đo gồm hai khối V để định vị và kẹp chặt bi cần đo, hai thanh dẫn hƣớng cho khối V dịch chuyển, 01 bi chuẩn để chỉnh “0” đồng hồ so và đồng hồ so. Sau khi đã định vị và kẹp chặt bi, dịch chuyển toàn toàn bộ 2 khối V giữa hai thanh dẫn hƣớng, giá trị hiển thị nhỏ nhất trên đồng hồ so chính là vị trí tiếp xúc giữa đầu đo với đỉnh bi.
Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý xác định kích thước bi cần đo
Các bƣớc thực hiện quá trình đo nhƣ sau:
- Bƣớc 1- Đo kích thƣớc bi trƣớc khi lắp đặt vào máy. Ghi lại kết quả và tính giá trị trung bình.
- Bƣớc 2- Lắp đặt bộ truyền vít me – đai ốc bi vào máy thí nghiệm cho máy chạy có tải với điều kiện môi trƣờng nhất định. Sau thời gian đã xác định, tháo bộ
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 70 truyền ra khỏi máy và đo kích thƣớc của 30 viên bi ngẫu nhiên trong đai ốc, ghi lại kích thƣớc từng bi sau đó lấy giá trị kích thƣớc trung bình của 30 viên.
Sai lệch về giá trị kích thƣớc trung bình của lần đo thứ nhất với lần đo thứ hai chính là lƣợng mòn trung bình của bi.
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 72
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 73
Chƣơng 4
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT
PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ VÍT ME ĐAI ỐC BI CHUYỂN ĐỘNG ĐỨNG TRONG ĐIỀU KIỆN MÔI TRƢỜNG VIỆT NAM 4.1. Kết quả thí nghiệm
Do thời gian thực hiện đề tài ngắn nên không đủ thời gian để tiến hành thí nghiệm đến khi đạt kết quả nên đề tài đã lấy kết quả từ bộ truyền thực tế hiện đang đƣợc sử dụng tại đơn vị để khảo sát đánh giá. Hệ thống này tƣơng tự nhƣ mô hình thí nghiệm nhƣng có tải trọng và bộ truyền vít me lớn hơn. Đây chính là hệ thống nâng đƣợc Liên Xô cung cấp và đã đƣợc sử dụng gần 40 năm. Trong quá trình hoạt đã 3 lần thay đai ốc và cứ 5 năm tháo đai ốc và bi để đo và kiểm tra độ mòn của bi. Trong thời gian 10 năm đầu tiên môi trƣờng đặt thiết bị không bảo đảm đƣợc điều kiện môi trƣờng do tại thời điểm này chƣa có điều kiện cải tạo. Tuy nhiên sau lần thay đai ốc thứ 2 kết hợp cải tạo khoang thiết bị, môi trƣờng nhiệt ẩm đƣợc đảm bảo, thời gian hoạt động của bộ đai ốc thứ 2 đã đƣợc kéo dài đến 15 năm. Và hiện tại bộ thứ 3 đƣợc thay vào năm 2000 đến nay vẫn hoạt động tốt. Điều này cũng cho thấy việc cải thiện điều kiện môi trƣờng đã nâng cao tuổi thọ của đai ốc bi trong bộ truyền.
Qua khảo sát thực tế , kết quả đƣợc thống kê trong các bảng dƣới đây:
Bảng 4.1. Kết quả đo ổ bi thứ nhất Bi Đƣờng kính bi sau khi đã đƣợc chạy rà (mm) Đƣờng kính bi sau 5 năm hoạt
động (mm) Đƣờng kính bi sau 10 năm hoạt động (mm) 1 6.006 6.001 5.997 2 5.987 5.981 5.987 3 5.992 5.989 5.984 4 6.004 5.998 5.994
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 74 5 6.009 6.000 5.996 6 6.006 6.001 5.997 7 5.995 5.989 5.929 8 5.994 5.990 5.987 9 6.001 5.996 5.994 10 5,997 5.992 5.988 11 5,995 5.990 5.985 12 5,999 5.998 5.996 13 5,991 5.987 5.986 14 6,006 6.001 5.996 15 6,008 6.007 6.002 16 5,885 5.881 5.879 17 5,998 5.993 5.989 18 6,007 6.004 6.001 19 6,007 6.003 6.000 20 6,006 6.001 5.997 21 6,004 6.003 5.998 22 5,884 5.882 8.880 23 5,883 5.881 5.880 24 6,007 6.003 6.000 25 5,889 5.888 5.886 26 5,992 5.986 5.982 27 6,008 6.002 5.997 28 6,002 6.000 5.998 29 6,008 6.004 6.000 30 5,886 5.882 5.880 Giá trị trung bình 5.981 5.977 5,972
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 75 U11 = 5.981-5,977 = 0.004 mm = 4 µm.
Lƣợng mòn trung bình từ năm thứ 5 đến năm thức 10: U21 = 5.997 -5.972 = 0.005 mm = 5 µm.
Tổng lƣợng mòn trong 10 năm là 4 + 5 = 9 µm.
Bảng 4.2. Kết quả đo ổ bi thứ hai
Bi Đƣờng kính bi sau khi đã đƣợc chạy rà (mm) Đƣờng kính bi sau 5 năm hoạt động (mm) Đƣờng kính bi sau 15 năm hoạt động (mm) 1 5.998 5.996 5.992 2 5.987 5.983 5.980 3 6.002 6.001 5.984 4 6.004 6.000 5.997 5 5.998 5.994 5.990 6 6.001 5.999 5.993 7 5.998 5.996 5.993 8 6.002 6.001 5.998 9 5.997 5.994 5.990 10 5.997 5.995 5.990 11 5.995 5.990 5.985 12 6.001 5.998 5.995 13 5.991 5.990 5.986 14 6.003 6.001 5.996 15 6.003 6.001 5.995 16 5.895 5.895 5.890 17 5.989 5.986 5.980 18 6.007 6.004 6.000 19 6.006 6.003 6.001
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 76 20 6.003 6.001 5.996 21 6.004 6.003 6.000 22 5.984 5.980 5.975 23 5.893 5.891 5.890 24 6.002 6.001 5.996 25 5.998 5.995 5.990 26 5.995 5.993 5.990 27 6.005 6.002 5.998 28 6.001 5.999 5.995 29 6.007 6.004 5.999 30 5.896 5.891 5.887 Giá trị trung bình 5.988 5.986 5,981
Lƣợng mòn trung bình sau 5 năm hoạt động: U12 = 5.988-5,986 = 0.002 mm = 2 µm.
Lƣợng mòn trung bình từ năm thứ 5 đến năm thức 15: U22 = 5.986 -5.981 = 0.005 mm = 5 µm.
Tổng lƣợng mòn trong 15 năm là 2 + 5 = 7 µm.
Từ kết quả bảng 4.1 và bảng 4.2 vẽ đƣợc đƣờng cong mòn nhƣ sau:
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 77 Trong đồ thị Hình 4.1: Đƣờng cong số (I) chính là đƣờng cong mòn do nhà sản xuất đƣa ra, thiết bị đƣợc đặt trong môi trƣờng chuẩn. Đƣờng cong số (II) biểu diễn sự phụ thuộc của lƣợng mòn vào thời gian khi khảo sát mòn của bi trong bộ đai ốc thức 2 trong trƣờng hợp thiết bị đƣợc đặt trong môi trƣờng đƣợc cải thiện về điều kiện nhiệt độ và độ ẩm. Đƣờng cong số (III) biểu diễn sự phụ thuộc của lƣợng mòn vào thời gian khi khảo sát đai ốc thứ nhất trong trƣờng hợp thiết bị hoạt động trong thời ký đầu, điều kiện nhiệt độ, độ ẩm chƣa có điều kiện thiết kế theo nhƣ khuyến cáo của nhà sản xuất.
Từ kết quả thí nghiệm và từ đồ thị Hình 4.1 có thể kết luận nhƣ sau: Điều kiện môi trƣờng làm việc tại Việt Nam có ảnh hƣởng đến tuổi thọ, độ tin cậy của Vít me – đai ốc bi chuyển động đứng, tải trọng lớn có yêu cầu độ chính xác cao. Một thiết bị máy móc yêu cầu độ chính xác cao, độ an toàn trong quá trình sử dụng thì không cho phép có sự cố trong thời gian hoạt động, do đó độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị này cần phải đƣợc tính toán với mức tin cậy lớn hơn. Vít me – đai ốc bi khi làm việc trong từng điều kiện môi trƣờng cụ thể, khi tính toán tuổi thọ cần phải có thêm hệ số bổ sung. Hệ số này sẽ đặc trƣng cho từng điều kiện làm việc khác nhau. Nhƣ vậy độ tin cậy và tuổi thọ của vít me – đai ốc bi mới đảm bảo.
- Khi làm việc trong điều kiện Việt Nam, lƣợng mòn của vít me – đai ốc bi tăng lên so với điều kiện môi trƣờng tiêu chuẩn.
4.2. Phƣơng pháp nâng cao tuổi thọ vít me – đai ốc bi chuyển động đứng tải trọng lớn trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm Việt Nam
Qua kết quả nghiên cứu về ảnh hƣởng của điều kiện khí hậu Việt Nam đến tuổi thọ của cơ cấu vít me – đai ốc bi nói chung. Áp dụng kết quả trên vào Hệ thống nâng dạng vít me đang sử dụng tại đơn vị Bộ Tƣ lệnh Bảo vệ Lăng Chủ tịch Hồ |Chí Minh, hệ thống đƣợc Liên Xô thiết kế và chế tạo, lắp đặt, sử dụng tại Việt Nam. Hệ thống đã hoạt động hơn 40 năm, chƣa đƣợc thay thế, hiện nay dầu bôi trơn cho hệ thống này vẫn phải nhập trực tiếp từ Nga, gây ra nhiều khó khăn, tốn thời gian, ảnh hƣởng đến quá trình vận hành của hệ thống.
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 78 Qua kết quả nghiên cứu, học viên đề ra hai giải pháp khắc phục mòn, nâng cao tuổi thọ cho hệ thống này trong điều kiện môi trƣờng nhiệt độ, độ ẩm của Việt Nam hiện nay nhƣ sau:
4.2.1. Khắc phục về môi trƣờng làm việc
Tạo ra môi trƣờng nhiệt độ, độ ẩm bảo đảm sát nhất với điều kiện tiêu chuẩn. Hiện nay hệ thống nâng đƣợc đặt trong một khoang riêng (khoang thang), do đó có thể tạo ra cho khoang này một môi trƣờng gần sát với môi trƣờng chuẩn bằng việc bảo ôn cách nhiệt cho khoang thang và sử dụng đƣờng ống hơi dẫn khí có sẵn từ hệ thống điều hòa trung tâm của Công trình Lăng vào khoang thang, đặt các cảm biến kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm cho khoang này.
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 79
4.2.2. Chọn chế độ bôi trơn phù hợp với điều kiện thực tế
- Hiện nay đang sử dụng dầu bôi trơn của Nga có độ nhớt và tính chất tƣơng đƣơng với dầu SEA 20W chỉ phù hợp cho các nƣớc ôn đới (bôi trơn tốt nhất ở điều kiện -100C). Để bảo đảm phù hợp cho điều kiện Việt Nam, có thể thay thế bằng loại dầu bôi trơn hiện nay đang có sẵn trên thị trƣờng với chỉ số độ nhớt đa cấp SEA20W-50. Loại này rất phù hợp với điều kiện khí hậu vùng phía Bắc Việt Nam, có dải nhiệt độ thay đổi lớn giữa mùa đồng và mùa hè. Loại này giá thành cao hơn do nhà sản xuất phải thêm một số chất phụ gia vào dầu bôi trơn.
- Chọn dầu bôi trơn theo mùa: Đối với mùa hè sử dụng dầu có chỉ số độ nhớt SEA40W, mùa đông sử dụng loại dầu có chỉ số độ nhớt SEA20W. Đối với phƣơng án này thì giá thành rẻ nhƣng phải mất nhân công vệ sinh toàn bộ trƣớc khi thay loại dầu bôi trơn khác.
4.2.3. Biện pháp khi thiết kế hệ thống cho điều kiện Việt Nam
Căn cứ vào kết quả thí nghiệm ta có thể xác định hàm hồi quy hệ số tuổi thọ theo môi trƣờng khí hậu Việt Nam để từ đó có đƣợc hệ số đặc trƣng cho điều kiện khí hậu tại Việt Nam, làm cơ sở để tính toán độ tin cậy, tuổi thọ vít me đai ốc bi cho hợp lý.
Do điều kiện về thời gian và quy mô của đề tài nên chƣa thể tiếp túc nghiên cứu đƣa ra đƣợc hệ số đặc trƣng thể hiện sự ảnh hƣởng của điều kiện môi trƣờng Việt Nam đến tuổi thọ, độ tin cậy và độ mòn của vít me – đai ốc bi.
Đặng Đình Nghĩa – CH2012B 80
KẾT LUẬN CHUNG
KẾT LUẬN
Học viên đã nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đối với bộ truyền vít me – đai ốc bi dùng trong hệ thống nâng thẳng đứng, tải trọng lớn, độ chính xác cao và nhận thấy rằng trong điều kiện môi trƣờng nhiệt độ, độ ẩm ở Việt Nam, cơ cấu vít me đai ốc bi mòn nhanh hơn so với các điều kiện môi trƣờng làm việc nhà sản xuất đề nghị, làm cho tuổi thọ của bộ truyền giảm so với tiêu chuẩn của nhà sản xuất.
Trên cơ sở đó đƣa ra phƣơng án khắc phục, phục vụ cho nhu cầu thực tiễn của đơn vị nhằm duy trì sự hoạt động ổn định của hệ thống hiện nay, kéo dài tuổi