Quá trình hình thành các chêm dầu sơ đồ thí nghiệm (hình 1.12), trong ổ, ngỗng trục chịu tác dụng theo hướng BE bắt đầu quay và bị ép trực tiếp lên ổ đỡ tại E. Từ thời điểm ngỗng trục bắt đầu quay điểm tiếp xúc này dịch chuyển cùng với hướng quay của trục và có xu hướng dịch về phía trên.
Tiếp tục tăng tốc độ quay của trục sẽ làm suất hiện chem. dầu có tác dụng nâng trục không cho chúng tiếp xúc trực tiếp với ổ đỡ.
1- Trục. 2- Ổ đỡ. 3- Chêm dầu.
Chêm dầu được hình thành là do hiệu quả của ma sát trong dầu bôi trơn. Trục quay cuốn theo các lớp dầu bám theo nó với các vận tốc khác nhau. Vận tốc của các lớp dầu có phân bố theo quy luật gradient được tạo nên giữa ổ đỡ và ngỗng trục. Chính do nội ma sát trong lớp dầu mà hầu như toàn bộ lượng dầu chứa trong ổ chuyển động tuần hoàn quanh chu vi ổ trục nhữnglớp mỏng bám trên thành của ổ đỡ và ngỗng trục.
*Ưu nhược điểm:
Ưu điểm: - Hê thống đơn giản gọn nhẹ hơn nhiều so với bôi trơn thuỷ tĩnh. Nhược điểm:
- Độ chính xác chế tạo cao.
Hình 1.12:
- Khi khởi động và ở tốc độ thấp khó hình thành sự chêm dầu.
- Không hoàn toàn bảo đảm được chế độ bôi trơn ướt nên hệ số ma sát khá lớn: µ = 10ˉ³.
CHƯƠNG 2
DÙNG QUANG PHỔ PHÂN TÍCH DẦU BÔI TRƠN
CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ 2.1. Động học về hàm lượng tạp chất trong dầu bôi trơn
2.1.1. Bảo quản và xử lý dầu bôi trơn
Để giảm nguy cơ ô nhiễm chất bôi trơn, cần phải bảo quản dầu bôi trơn trong kho kín trong các thùng chứa có nắp đậy cẩn thận, giữ sạch khu vực bảo quản. Nhận biết từng loại dầu một cách rỏ ràng để tránh nhầm lẫn hoặc pha trộn. Sử dụng thiết bị đo và rót dầu riêng cho từng loại dầu. Các nắp thùng chứa dầu phải được siết chặt khi bảo quản hoặc sạu khi sử dụng. Chỉ dùng loại chìa khoá chuyên dùng để đóng mở nắp thùng.
Phương pháp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ thông qua việc xác định hàm lượng sản vật mài mòn trong dầu cacte có khả năng nâng cao hiệu quả sử dụng mà không hạ thấp mức độ hoạt động, tính tin cậy nhờ không phải tháo dời động cơ . Khả năng và tính hợp lý của phương pháp này dựa trên cơ sở của đặc tính mài mòn không đều và xác định được một cách khá chính xác trạng thái kỹ thuật của động cơ Trong quá trình làm việc của động cơ dầu nhớt thực hiện các chức năng bôi trơn, làm kín, làm mát, làm sạch, bảo vệ bề mặt v.v..Quá trình tác động tương hổ xảy ra giữa dầu bôi trơn với các bề mặt chi tiết máy, với các chất hoạt tính, với sản phẩm cháy, do vậy dầu bôi trơn đã bị lẩn tạp chất và do vậy chất lượng và tính năng của dầu bôi trơn giảm dần qua thời gian sử dụng. Nhưng nhờ có bầu lọc dầu nên một phần tạp chất bị tách ra khỏi dầu do đó mà dầu được sạch hơn đôi chút, thời gian bôi trơn tăng lên.
Khi chất lượng của dầu bôi trơn giảm thì độ mài mòn của các chi tiết tăng lên, mà độ mài mòn của chi tiết tăng thì hàm lượng tạp chất trong dầu cũng tăng lên, mức độ nhiễm tạp chất phụ thuộc và độ lọc sạch của bầu lọc.
Hàm lượng tạp chất do mài mòn (gọi là sản vật mài mòn) trong dầu rất có ảnh hưởng đến cường độ mài mòn. Trong dầu mới, lượng tạp chất mài mòn không vượt quá 1g trong 1lít dầu. Trong quá trình sử dụng tạp chất trong dầu bôi trơn tăng lên đến một thời gian làm việc nhất định thì bắt buộc phải thay dầu bôi trơn, nếu như kéo dài thời giam làm việc hơn nữa thì hàm lượng sản vật mài mòn tăng lên tới 5g/l dầu, nghĩa là tăng lên gấp 5 lần.
1.Phân tích dầu là một trong những công cụ chẩn đoán quan trọng nhất với sự kiểm tra này ta có khả năng: Giám sát chất lượng quá trình bảo trì các bộ lọc dầu và khí, khoảng thời gian thực hiện sự thay đổi dầu.
2.Thiết lập quy trình sửa chữa chính.
3.Chẩn đoán các hư hỏng động cơ chính xác hơn
Sử dụng phương pháp đo lượng sản vật mài mòn trong dầu để xác định trạng thái kỹ thuật của động cơ mà không cần phải tháo rời các chi tiết của động cơ.
Ngay từ năm 1927, người ta đã bắt đầu nghiên cứu theo hướng này. Lúc đó, người ta đề xuất phương pháp xác định độ mài mòn của động cơ trên cơ sở chỉ số sắt trong dầu nhớt rồi thiết lập đồ thị đường mài mòn trên kết quả phân tích hàm lượng sắt trong dầu thải. Phương pháp này rút ngắn quá trình kiểm tra độ mài mòn của động cơ nhưng không hoàn chỉnh vì không xác định đầy đủ ảnh hưởng của sự biến đổi thể tích do dầu bị cháy hao.
Việc đánh giá trạng thái kỹ thuật của động cơ không cần phải tháo rời, trên cơ sở xác định hàm lượng sản vật mài mòn trong dầu, trong quá trình vận hành là một phương pháp gián tiếp. Muốn vậy, cần phải nghiên cứu sự biến động hàm lượng tạp chất trong dầu nhớt có kể đến từng điều kiện vận hành cụ thể, đến chu kỳ sửa chữa và cần vận dụng lý thuyết độ tin cậy của máy, cơ cấu máy. Thiết lập đồ thị chỉ rõ mối quan hệ hàm lượng tạp chất trong gian đoạn mài mòn trên cơ sở phân tích dầu bằng quang phổ. Bằng đồ thị xác định được trị số giới hạn tạp chất mài mòn trong dầu. Thông số này không phải luôn luôn phù hợp với trạng thái sự cố của động cơ. Cần lưu ý rằng, khi tăng thời gian làm việc của động cơ, hoặc ngay sau khi ở xưởng sửa chữa ra, không phải là toàn bộ chi tiết phục hồi điều đạt tới kích thước nguyên thuỷ. Vì vậy mà độ bền, chiụ mòn của động cơ sẽ rất khác nhau, còn thông số giới hạn cho phép của hàm lượng
tạp chất mòn sẽ biến động trong một giới hạn rất rộng. Vì vậy để có thể thiết lập được phương pháp kiểm tra trạng thái kỹ thuật của động cơ không cần tháo rời ta phải nắm chắc được sự biến động của hàm lượng tạp chất trong dầu (có chú ý đến điều kiện vận hành và độ bền của động cơ).
Hình 2.1: Sơ đồ tác động tương đối giữa dầu nhớt trong cacte với tạp chất: qg - lượng dầu sạch bổ sung cho vào cacte. (kg/h).
qm - lượng nhiên liệu chưa cháy lọt và cacte, (kg/h). qy - lượng dầu cháy hao và thải khỏi cacte, (kg/h). g- tạp chất lọt vào dầu, (kg/h).
qM0 -dầu bẩn đi qua bầu lọc.
ky - là hiệu suất lọc sạch của bầu lọc. Q- là dầu bẩn (dầu có tạp chất). G - lượng tạp chất có trong dầu.
Q0- số lượng ban đầu của dầu trong cacte, (kg). K- hàm lượng tạp chất trong dầu, (kg/kg).
qn - giá trị tương đương dòng dầu chảy qua bầu lọc, (kg/h). qm - lượng dầu qua bầu lọc, (kg/h).
µM- hệ số lọc sạch.
Nếu coi mật độ tạp chất trong cacte lúc động cơ đang làm việc phân bố điều và có sự bù đắp sự hao tổn dầu, thì phương trình vi phân của sự cân bằng vật chất trong hệ thống dầu bôi trơn sẽ có dạng sau:
0 ( ) ( ) n g m y g m g q q q K dk dt Q q q q t (2.1)
Giải phương trình (2.1) ta được:
0 0 0 Bt A g Bt A K K I I I Q C A Q C (2.2) Trong đó:
K0- Trị số hàm lượng ban đầu của sắt trong dầu, K0 = 0. A = qn – qg – qm;
Khi động cơ làm việc số lượng dầu giữ ở một mức xác định, nghĩa là khi qy = qg – qm thì phương trình có dạng: 0 0 0 1 n y n y q q q q t t Q Q n y g K K e e q q (2.3)
Khi động cơ làm việc trong điều kiện không bổ sung dầu sạch và không có nhiên liệu chưa cháy lọt vào (qg = 0; qm = 0), thì phương trình có dạng:
0 0 ln 1 y y q t g K K q Q (2.4)
Phương trình (2.2) và (2.3) phù hợp với chế độ là việc chính của động cơ đốt trong trong thực tế vận hành và quá trình thí nghiệm. Phương trình (2.4) được thiết lập trên nguyên tắc động cơ làm việc không bổ sung dầu và chỉ được áp dụng để tính toán khi biết chắc rằng lượng nhiên liệu chưa cháy lọt rất ít vào dầu cacte.
Để phân tích hàm lượng tạp chất trong hệ thống bôi trơn, khi dầu giữ ở một trị số xác định thì sử dụng phương trình (2.3).
Khi xác định yếu tố mài mòn lắng trong cacte khi vận hành cũng như khi thí nghiệm động cơ không được dùng công thức này thay lẫn cho công thức kia. điều này dẫn đến sai số.
Theo phương pháp này để xác định độ mài mòn của các bộ phận động cơ theo trị số hàm lượng tạp chất trong dầu cần phải kể đến sản vật mài mòn của nhóm piston – xylanh đã theo khí thải ra ngoài.
Khi hàm lượng tạp chất tăng lên thì lượng tạp chất được giữ lại trong bầu lọc và theo khí thải ra ngoài cũng tăng lên.
Sử dụng phương trình (1.3) với biểu thức
0 n y q q t Q được gọi là hệ số thể tích dầu tham gia trong hệ thống dầu bôi trơn ứng với một thời gian nào đó [gọi tắt là hệ số tham gia (HSTG) ký hiệu (m)].
0 m 1 m n y g K K e e q q (2.5)
Với số liệu minh hoạ trên:
1 m y g K e q
Khi hệ số tham gia (m = 1) thì hàm lượng sắt đạt tới 62% ; khi m = 2 là 80% và khi m = 3 là 96%, lớn nhất là 100%. Thực tế khi m = 3 là hàm lượng sắt trong dầu đạt tới trị số bảo hoà.
Trong quá trình động cơ làm việc không cần phải lưu ý đến sự biến đổi theo chu kỳ của thể tích dầu nhớt, thực tế biến đổi đó không có ảnh hưởng. Điều này được thấy rõ trên đường 2 và 3 (hình 2.2).
Hình 2.2. Mô tả mối quan hệ giữa hàm lượng sắt trong dầu động cơ diesel
K0 = 0, Kg = 0,
1. không đổ thêm dầu. 2. Có bổ sung dầu thường
xuyên.
3. Bổ xung dầu định kỳ, với lượng mỗi lần bổ sung là 0,2Q0.
2.1.3. Quan hệ giữa lượng dầu bôi trơn trong cacte và hàm lượng tạp chất
trong dầu.
Kết quả phân tích từ số liệu thực nghiệm có thể rút ra một số kết luận về việc xác định trị số tối ưu của lượng dầu trong hệ thống dầu bôi trơn của động cơ đốt trong. Ví dụ: khi tổng khối lượng dầu Q0 = 1440 kg và mức độ nhiễm tạp chất là g = 0,15 g/hao mòn sau 1000 giờ làm việc, hàm lượng tạp chất bằng 6
60.10 còn HSTG m=1,2, đối với động cơ 2д-100.
Quan hệ hàm lượng sắt trong dầu động cơ Diesel 2д-100 với thời gian làm việc và thể tích dầu trong hệ thống bôi trơn:
1- 1440 kg dầu trong cacte. 2- 720 kg dầu trong cacte. 3- 360 kg dầu trong cacte.
Trên (hình 2.3) cho thấy khi giảm thể tích lượng dầu trong cacte hàm lượng tạp chất trong dầu nhớt tăng không theo tỉ lệ tương ứng.
Về mặt kinh tế có thể giảm lượng dầu trong cacte mà cũng không làm cho dầu nhớt lão hoá nhanh hơn bao nhiêu. Tuy vậy, khi tính toán xác định lượng dầu nhớt trong cacte, người ta phải xuất phát từ điều kiện làm mát và bôi trơn ổ trục là chính.
Cần phải chú ý đến chỉ tiêu và tính năng vận hành của từng động cơ cụ thể, với mỗi loại động cơ khác nhau thì cường độ mài mòn của các chi tiết của động cơ cũng khác nhau. Ví dụ: động cơ M20 hoặc M21 dùng trên ôtô, chỉ riêng hàm lượng sắt (không lọc dầu) tăng lên rất nhanh và sau 2000 giờ làm việc trị số này bằng 460 g/l, còn trong động cơ 2д-100 cũng trong thời gian đó chỉ tăng 30-40 g/l mặc dù cường độ mài mòn của chi tiết động cơ ôtô nhỏ hơn khoảng 15 lấn so với động cơ 2д-100 (đầu máy Diesel đường sắt). Sắt chỉ là một phần trong tổng số tạp chất mà trị số tổng hàm lượng tạp chất thì lớn hơn trị số này nhiều.
Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu lý thuyết thấy rằng sự nhiễm tạp chất vào dầu với bất kỳ một tốc độ cố định nào cũng dần đạt tới trị số giới hạn lớn nhất, phù hợp với từng giai đoạn làm việc của động cơ, bằng khoảng ba lần hệ số thể tích dầu tham gia có kể đến sự cháy hao, thải mất và bổ sung. Sau đó dù động cơ có tiếp tục hoạt động thì hàm lượng tạp chất mài mòn trong dầu cũng không tăng thêm . Đó là điểm đặc trưng cho quá trình lão hoá dầu ứng với một thể tích dầu nhất định. Kết quả tính toán này phù hợp với số liệu thực nghiệm trên động cơ 2д-100 Diesel trên đầu máy Diesel T-93 hoạt động 70000 km không thay dầu.
Từ phương trình (2.2) và (2.3) cho thấy trị số lớn nhất và trị số trung gian của hàm lượng tạp chất trong dầu (khi giữ nguyên các điều kiện khách quan) tỉ lệ bậc nhất với tốc độ nhiễm tạp chất .
Thiết lập mối quan hệ giữa độ mài mòn các chi tiết động cơ và độ nhiễm tạp chất mài mòn (sản vật mài mòn) trong dầu ta có thể xác định không chỉ về mặt định tính mà cả về mặt định lượng của mài mòn. Đối với các chi tiết trục khuỷu, ổ đỡ và các bộ phận khác ngâm trong dầu, tốc độ mài mòn u2 phù hợp với phương trình (2.3) trong điều kiện thể tích dầu trong cacte biến đổi, u2 được xác định theo công thức (2.6) sau:
2 02 0 2 0 1 1 1 A C A C C t K K A Q u C t Q (2.6). Trong đó:
K02- Giá trị hàm lượng ban đầu của sản vật mài mòn.
K2- Hàm lượng sản vật mài mòn trong khoảng thời gian t, kg/h. u2- Tốc độ mài mòn của chi tiết, kg/h.
Khi thể tích dầu cố định u2 được tính theo công thức:
0 0 2 02 2 1 n y n y q q t Q n y q q t Q K K e q q u e (2.7)
Nếu như trị số hàm lượng này không tăng lên nữa thì trong quá trình động cơ hoạt động (quá trình ổn định hoá) và đạt tới trị số cực đại thì:
u2 2K nq y q (2.8). Khi không làm sạch dầu:
u2 2K qy (2.9).
Độ mòn tổng cộng của chi tiết trong thời kỳ hoạt động của động cơ được tính theo công thức sau:
U2 2u t (2.10).
2.1.4. Hàm lượng tạp chất theo khí thải thoát ra ngoài, theo ống dẫn, két làm
mát…
Khi động cơ hoạt động một số sản vật mài mòn theo khí thải thoát ra ngoài trời đối với mỗi loại động cơ trị số này có khác nhau.
Khi xác định độ mài mòn của động cơ (lót xylanh- piston- xecmăng …) theo trị số hàm lượng sắt trong dầu ta phải đưa vào hệ số tính đến sản vật mài mòn bị
thải ra ngoài trời theo khí thải trị số trung bình của đại lượng này có thể lấy bằng 0,2 – 0,3 trị số mài mòn tổng cộng của ống lót xylanh – xecmăng hoặc lấy bằng 0,3 – 0,4 số lượng sắt nhiễm vào dầu (đối với động cơ Diesel 2д-100)
Đối với động cơ bốn kỳ, trị số này vào khoảng 0,1 – 0,15 độ mòn của lót xylanh và xecmăng. Trị số sản vật thải ra ngoài có tỉ lệ với độ tiêu thụ nhiên liệu