Ta tiến hành tổng hợp mỡ bôi trơn từ các nguyên liệu dầu gốc tinh chế từ mỡ đà điểu trên nền xà phòng Liti hydroxit (LiOH) theo cách sau đây [9], [10], [12]:
Bảng 3-5: Thành phần nguyên liệu.
STT Nguyên liệu Khối lượng (g)
1 Axit 12 – hydroxystearic (C18H36O3) 43,93
2 Liti hydroxit (LiOH) 9,81
3
Dầu gốc được tinh chế từ mỡ đà điểu - Dầu phản ứng - Dầu làm nguội 206 94 4 Phụ gia 10,58 3.1.5. Thiết bị thí nghiệm ∗ Máy lọc. ∗ Định lượng.
∗ Thiết bị cảm biến nhiệt.
∗ Thiết bị đồng thể hóa (Máy nghiền nguyên liệu).
Quá trình nghiền mỡ bôi trơn nhằm làm tăng sự phân bố đồng đều của các chất làm đặc trong cấu trúc mỡ, và từ đó làm tăng khả năng làm đặc, bảo đảm tính đồng nhất và hình dáng cảm quan bên ngoài của mỡ bôi trơn. Quá trình này được thực hiện trên thiết bị đồng thể hóa (hình 3-2).[12]
Thiết bị đồng thể hóa có cấu tạo gồm: 3 trục cán, khe hở giữa các trục là 0,3 mm, tốc độ là 90v/p.
Hình 3-2. Máy nghiền nguyên liệu.
∗ Nồi phản ứng.
Nồi phản ứng trong thí nghiệm là loại nồi có 02 đáy, được cung cấp nhiệt bằng hệ thống điện đến đáy ngoài và truyền nhiệt qua không khí và thành vách đến nguyên liệu mỡ.[12]
Hình 3-3: Nồi phản ứng.
3.1.6. Qui trình sản xuất mỡ bôi trơn [12]
∗ Thiết bị thí nghiệm gồm có:
- Dụng cụ thí nghiệm nâng nhiệt độ dung dịch Liti hydroxit (LiOH). - Thiết bị nghiền chất làm đặc Axit 12 – hydroxystearic (C18H36O3).
- Cân điện tử có độ chính xác 0.001g. ∗ Qui trình sản xuất mỡ bôi trơn:
- Cân dầu nguội và Axit 12 – hydroxystearic (C18H36O3) theo đúng tỉ lệ sau đó
cho vào nồi phản ứng, bật khuấy và nâng nhiệt độ lên đến khoảng 70oC ÷ 80oC, đây
là quá trình hòa tan axit trong môi trường dầu.
- Sau đó ta tiếp tục pha thêm Liti hydroxit (LiOH) 10%, và nung nóng lên đến
nhiệt độ khoảng 80oC bằng thiết bị thí nghiệm rồi nạp LiOH từ từ vào nồi phản ứng
chứa Axit 12 – hydroxystearic (C18H36O3) mà trước đó đã hòa tan trong dầu.
- Ở quá trình xà phòng hóa: Ta tiến hành ở nhiệt độ khoảng 90oC ÷ 105oC trong 120 phút (2 giờ).
- Quá trình đuổi nước: Tiến hành ở nhiệt độ 120oC ÷ 130oC trong khoảng 30
phút, do thành phần của nước có trong mỡ bôi trơn sẽ làm ảnh hưởng đến tính chất lý hóa của mỡ bôi trơn. Vì vậy cho nên việc đuổi nước phải được tiến hành chính xác, phù hợp với từng loại dầu và phương pháp tạo xà phòng, thời gian đuổi nước cũng ảnh hưởng đến tính chất hàn dính, độ bền ôxy hóa của mỡ bôi trơn [7].
- Ta tiếp tục tăng nhiệt độ lên khoảng 190oC trong vòng 15 phút để cho mỡ nóng chảy hoàn toàn, giai đoạn này gọi là giai đoạn phân tán cơ nhiệt để tạocấu trúc của mỡ bôi trơn, qua khảo sát nhiệt độ StOLi nóng chảy của dầu tinh chế từ mỡ đà điểu là từ 190oC ÷ 195oC còn đối với dầu khoáng, dầu thực vật là từ 200oC ÷ 210oC.
- Ở giai đoạn làm nguội: Bắt đầu ta tiến hành cho dầu nguội vào và tắt nhiệt độ
hoàn toàn của mỡ bôi trơn, sau đó làm nguội đến khoảng 175oC ÷ 180oC với tốc độ
từ 2oC/phút ÷ 3oC/phút, và duy trì ở nhiệt độ đó khoảng 30 phút rồi sau đó tiến hành làm nguội nhanh đến 90oC ÷ 100oC với tốc độ 30oC/phút ÷ 40oC/phút, trong quá trình tiến hành làm nguội ta vẫn khuấy đều.
- Giai đoạn nạp phụ gia: Phụ gia được cho vào mỡ bôi trơn tại thời điểm nhiệt độ từ 90oC ÷ 100oC, do tính chất của từng loại phụ gia mà ta nạp tại thời điểm nhiệt độ thích hợp để không gây ảnh hưởng đến công dụng của mỡ bôi trơn đồng thời không làm mất tác dụng khi ở nhiệt độ cao.
- Giai đoạn làm nguội tự nhiên: Sau khi nạp phụ gia vào mỡ bôi trơn ta vẫn tiến hành khuấy đều để phụ gia được trộn đều trong mỡ bôi trơn.
- Giai đoạn đồng thể hóa: Mỡ bôi trơn sau khi được đưa vào thiết bị đồng thể hóa để làm tăng khả năng làm đặc, bảo đảm tính đồng nhất và hình dáng cảm quan bên ngoài của mỡ bôi trơn.
∗ Sơ đồ tiến hành thí nghiệm:
3.1.7. Lựa chọn phương án pha chế thành phần của mỡ bôi trơn
Với yêu cầu của đề tài là: Nghiên cứu sử dụng mỡ đà điểu dùng làm dầu mỡ bôi trơn cho thiết bị tàu thủy, nhằm nâng cao hiệu quả về mặt kinh tế và giúp phần cải thiện môi trường. Đồng thời tìm ra khả năng ứng dụng của dầu mỡ bôi trơn được sản xuất từ mỡ đà điểu để bôi trơn và bảo vệ bề mặt cặp ma sát, áp lực giới hạn, tốc độ mài mòn có thể sử dụng cho cặp ma sát khi được bôi trơn bằng dầu mỡ được sản xuất từ mỡ đà điểu.
Với yêu cầu như trên, ta tiến hành khảo sát từng phương án pha chế của các thành phần mỡ bôi trơn rồi tiến hành thí nghiệm để biết được các tính chất của từng loại mỡ bôi trơn theo từng phương án để từ đó ta lựa chọn được mỡ bôi trơn cho phù hợp với yêu cầu của nội dung đề tài nghiên cứu. Ở đây ta chọn phương án giữ nguyên thành phần của môi trường phân tán và chất làm đặc, chỉ xét sự ảnh hưởng của các chất phụ gia có liên quan đến tính chất của mỡ bôi trơn mà thôi.[12]
∗ Các phương án pha chế thành phần của mỡ bôi trơn:
- Phương án 1: Không có phụ gia. - Phương án 2: 0.75 FE/1.25 AW. - Phương án 3: 1 FE/1AW.
- Phương án 4: 1.25FE/0.75 AW.
3.1.8. Sản phẩm mỡ thu được và các tính chất cơ bản của mỡ
Ta có được bảng các tính chất của từng loại mỡ bôi trơn tương ứng từ các phương án pha chế ở trên như sau:
Bảng 3-6: Tính chất của mỡ bôi trơn theo tỷ lệ pha chất phụ gia. [12]
Chênh độ nhớt động học trước và sau OXH (cSt) % FE / % AW Chỉ số axit dung dịch nước hấp thụ (mgKOH/g) Độ chênh chỉ số axit của dầu
trước và sau thí nghiệm (mgKOH/g) % cặn Tại 40oC Tại 100oC 0,75 / 1,25 7.16 18.42 0.1260
Không đo do quá
lớn 153.8
1/ 1 7.57 13.71 0.1347 Không đo do quá
lớn 65.6
1,25 /
0,75 9.26 16.00 0.1482
Không đo do quá
Bảng 3-7: Kết quả phân tích mỡ bôi trơn được sản xuất từ dầu gốc tinh chế của mỡ đà điểu.
Stt Chỉ tiêu Phương pháp Đơn vị tính Kết quả
1 Độ xuyên kim ASTM D 10-1mm 380
2 Nhiệt độ nhỏ giọt ASTM D 0C 245
3 Ăn mòn tấm đồng ASTM D Nol
4 Hàm lượng nước ASTM D % 0,25
5 Hàm lượng kềm dư GOST 6707 – 76 %NaOH 0,12
3.2. Thực nghiệm đối chứng mỡ bôi trơn được sản xuất từ dầu gốc mỡ đà điểu 3.2.1. Phương pháp thực nghiệm 3.2.1. Phương pháp thực nghiệm
Nghiên cứu các tính chất bôi trơn của mỡ bôi trơn được sản xuất từ dầu gốc của mỡ đà điểu bằng cách tiến hành thực nghiệm đối chứng giữa mỡ bôi trơn được sản xuất từ dầu gốc của mỡ đà điểu và mỡ bôi trơn Castrol – Spheerol SX 3 có tính chất tương đương giống như nhau.
Khi tiến hành phương pháp thực nghiệm, ta tiến hành thực nghiệm trên máy khảo nghiệm ma sát tại phòng thực hành vật liệu khoa Kỹ thuật tàu thủy Trường Đại học Nha Trang với cặp mẫu thử nghiệm là Trục thép C45 – Bạc đồng và được bôi trơn bằng mỡ bôi trơn được sản xuất từ dầu gốc của mỡ đà điểu, và cặp mẫu thử nghiệm Trục thép C45– Bạc đồng được bôi trơn bằng mỡ Castrol - Spheerol SX 3.[12]
Kết quả thử nghiệm trên các cặp mẫu thử nghiệm được bôi trơn bằng mỡ được sản xuất từ dầu gốc mỡ đà điểu và được bôi trơn bằng mỡ Castrol - Spheerol SX 3 sau đó ta đem đi tiến hành so sánh với nhau để rút ra được các kết luận chính về các tính chất bôi trơn của mỡ được sản xuất từ dầu gốc của mỡ đà điểu.
Sau đây trình bày sơ đồ thực nghiệm đối chứng thử nghiệm giữa mỡ bôi trơn được sản xuất từ dầu gốc mỡ đà điểu và mỡ Castrol - Spheerol SX 3 cho cặp mẫu thử nghiệm Trục thép C45 – Bạc đồng được trình bày như sau:[12]
Hình 3-5: Sơ đồ thực nghiệm đối chứng của mỡ bôi trơn.
3.2.2. Tiến hành thực nghiệm đối chứng 3.2.2.1. Máy khảo nghiệm ma sát 3.2.2.1. Máy khảo nghiệm ma sát
Trong quá trình tiến hành thực nghiệm ta sử dụng máy khảo nghiệm ma sát tại phòng thực hành vật liệu khoa Kỹ thuật Tàu thủy trường Đại học Nha Trang, được trình bày ở trên các hình 3-6, 3-7, 3-8 và các thông số kỹ thuật của máy khảo nghiệm ma sát được mô tả trong bảng 3-8.
Trục thép C45 – Bạc đồng
Mỡ bôi trơn sản xuất từ dầu gốc mỡ đà điểu
Mỡ Castrol - Spheerol SX 3
Pn
Bảng 3-8: Thông số kỹ thuật của máy khảo nghiệm ma sát.
Stt Tên gọi Đơn vị
1 Tốc độ quay của mẫu thử (số 1) 0 đến 1500 v/p
2 Điều chỉnh vận tốc trượt vô cấp tương đương 0 đến 4m/s
3 Cảm biến đo lực ma sát 0 – 980N
4 Lực ma sát 150N
5 Động cơ DC servo 1,5 kW
6 Kích thước đầu mẫu trượt (số 2) 2mm
7 Đường kính mẫu thử quay (số 1) 75mm
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy khảo nghiệm ma sát. ∗ Sơ đồ cấu tạo của máy khảo nghiệm ma sát:
Hình 3-6: Sơ đồ cấu tạo của máy khảo nghiệm ma sát.
1. Khung máy. 2. Giá đỡ cảm biến. 3,4. Cảm biến đo tải. 5. Lò xo.
6,7. Ổ và gối đỡ trục chính. 8. Bộ chuyền động đai. 9. Ống then hoa.
10. Ổ đỡ và gối đỡ trục chính. 11. Trục then hoa gắn mẫu thử. 12. Đối mẫu thử (đĩa thép). 13. Mẫu thử (đồng thau).
14. Vít me điều chỉnh mẫu thử và gây tải. 15. Tay quay.
16. Trục gá cảm biến đo lực ma sát. 17. Cảm biến đo lực ma sát.
18. Gối đỡ, cần gá đối mẫu thử. 19. Trục, gá đối mẫu thử. 20. Vít me căng đai. 21. Động cơ biến tần.
22. Vít me điều chỉnh thanh gá cảm biến mòn. 23. Thanh gá cảm biến mòn..
Hình 3-7:Máy khảo nghiệm ma sát.
Hình 3-8: Mẫu ma sát thử nghiệm được bôi trơn bằng mỡ dẻo.
Đối mẫu Mẫu thí
∗ Nguyên lý hoạt động của máy khảo nghiệm ma sát:
Khi động cơ (21) làm việc, thông qua bộ truyền động đai (8) truyền mômen quay đến trục (11) được gắn mẫu thử nghiệm (12) và làm mẫu thử nghiệm quay, dùng vít me và đai ốc (20) để tăng dây đai. Nếu ta muốn thay đổi hoặc điều chỉnh tốc độ quay của mẫu thử nghiệm (12) thì ta điều chỉnh bộ tốc độ vô cấp bằng động cơ DC servo (21). Mặt khác muốn thay đổi tải tác dụng lên mẫu thử nghiệm thì ta quay tay quay (15), đồng thời để xác định được tải trọng tác dụng chính xác lên mẫu thử nghiệm ta dùng cảm biến (3) để đo lực tác dụng lên mẫu nghiệm.
Vít me (14) cho ta điều chỉnh được mẫu thử nghiệm và gây tải tác dụng, gá lắp và điều chỉnh mẫu thử nghiệm (13) và đối mẫu (12) để chúng tiếp xúc được với nhau, từ lúc chưa có lực tác dụng lên do lực ma sát gây ra thì cần gá đối mẫu (18) đúng ở thời điểm đầu tiên, thời điểm này sẽ có giá trị của cảm biến đo lực ma sát là bằng 0. Khi đã có lực tác dụng của tải trọng lên, sẽ ép hai mẫu thử nghiệm lại với nhau và lúc đó sẽ có một lực ma sát sinh ra giữa hai mẫu thử nghiệm, lực ma sát này sẽ kéo mẫu thử nghiệm (13), và dùng cảm biến điện tử để đo lực ma sát (17) đo giá trị của lực ma sát và báo về bộ vi xử lý đã được lập trình trước, lúc này hệ số ma sát sẽ được tính toán và được thể hiện lên trên màn hình máy vi tính bằng bảng biểu đồ. Mỡ bôi trơn được bôi đều trên bề mặt của đối mẫu thử nghiệm (12).
3.2.2.2. Tiến hành thực nghiệm khảo sát tính bôi trơn của mỡ bôi trơn
∗Chuẩn bị mẫu:
Dầu tiên ta tiến hành gia công mẫu thử nghiệm như các kích thước ở bản vẽ dưới, sau khi gia công mẫu thử nghiệm xong ta lau sạch mẫu thử nghiệm bằng xăng và làm cho thật khô.
∗ Kích thước của mẫu thử nghiệm ma sát:
Hình 3-9: Mẫu thử nghiệm ma sát.
∗ Xử lý mẫu thử nghiệm sát: Ta tiến hành gia công mẫu thử nghiệm (hình 3- 9), rồi sau đó mài phẳng để lấy được mặt tương đối phẳng của mẫu thử nghiệm.
Diện tích tiếp xúc danh nghĩa của mẫu thử nghiệm là: Sdn mẫu = 3,14mm2. Trước khi tiến hành khảo sát ta cho chạy thử mẫu đến khi thấy hệ số ma sát ổn định thì lấy mẫu ra rửa sạch sau đó lau khô và tiếp tục lắp mẫu thử vào để tiến hành khảo sát tiếp.
Ở thực nghiệm của đề tài này ta xét vận tốc trượt của cặp ma sát thử nghiệm trục thép C45 – Bạc đồng được sử dụng trên các thiết bị tời lưới, cáp trên tàu cá
khoảng từ 250 mã lực đến 300 mã lực. Ở thực nghiệm này ta xét vận tốc trượt lớn nhất đối với cặp ma sát Trục thép C45 – Bạc đồng được sử dụng trong thiết bị tời neo là 1m/s. Tăng dần mức tải tại tốc độ 1m/s cho đến khi màng mỡ bôi trơn bị phá hủy thì dừng lại.
Qua khảo sát thử nghiệm tại mức tải P = 60N thì màng mỡ bôi trơn bắt đầu bị phá hủy ta tiến hành lấy tổ hợp mẫu tải từ: P = 10N; P = 20N; P = 30N; P = 40N; P = 50N; P = 60N. [12]
Trong quá trình tiến hành thực nghiệm chắc chắn kết quả đo sẽ xảy ra một số sai số, các sai số đó là: Do giá trị của các đại lượng chuẩn không đúng, do độ nhạy của cảm biến bị thay đổi, do điều kiện và chế độ sử dụng, do tính không xác định của thiết bị, do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên, do xử lý kết quả đo. Vì vậy, biện pháp để khắc phục được các sai số này khi ta tiến hành đo lường là số lần tiến hành thử nghiệm phải thật nhiều do vậy ta chọn lựa chọn số lần thử mẫu nghiệm đối với từng mức tải là 20 lần. [12]
Bảng 3-9: Tổng hợp kết quả thực nghiệm của mỡ Castrol – Spheerol SX 3. Lực tác dụng
Hệ số ma sát f
P=10N P=20N P=30N P=40N P=50N P=60N
V = 1 m/s 0,0542 0,0562 0,0760 0,0722 0,0723 0,0813
Bảng 3-10: Tổng hợp kết quả thực nghiệm của mỡ bôi trơn được chế biến từ dầu gốc của mỡ đà điểu.
Lực tác dụng Hệ số ma sát f
P=10N P=20N P=30N P=40N P=50N P=60N
∗ Vẽ đồ thị: Đồ thị biểu diễn hệ số ma sát của mỡ bôi trơn được chế biến từ dầu gốc của mỡ đà điểu và mỡ bôi trơn Castrol - Spheerol SX 3 khi được thay đổi áp lực pháp tuyến với vận tốc trượt là 1 m/s.
Hình 3-10: Đồ thị biểu diễn hệ số ma sát của mỡ bôi trơn được chế biến từ dầu gốc của mỡ đà điểu và mỡ bôi trơn Castrol - Spheerol sx 3.
Từ đồ thị ta thấy được rằng khi ở tải P = 10N, P = 20N, thì hệ số ma sát của mỡ bôi trơn được chế biến từ dầu gốc của mỡ đà điểu thấp hơn và bắt đầu tăng dần lên so với hệ số ma sát của mỡ bôi trơn Castrol - Spheerol SX 3. Nhưng bắt đầu ở mức tải từ P = 30N, P = 40N, thì hệ số ma sát của mỡ bôi trơn được chế biến từ dầu gốc của mỡ đà điểu bắt đầu thấp hơn hệ số ma sát của mỡ bôi trơn Castrol - Spheerol SX 3, sau đó ổn định và tăng dần mức tải từ P = 40N, P = 50N, P = 60N.