Tài liệu Chẩn đoán kỹ thuật động cơ điêzen trên cơ sở phân tích tính chất lý hoá của dầu bôi trơn và hạt mài mòn

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT d DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ f DANH MỤC CÁC BẢNG h MỞ ĐẦU 1 Chương 1 5 Tổng quan về chẩn đoán động cơ đốt trong 5 1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 5 1.1.1 Vấn đề chung của chẩn đoán động cơ đốt trong 5 1.1.2 Chẩn đoán động cơ trên cơ sở mô hình trợ giúp 6 1.1.3 Phương pháp chẩn đoán động cơ hiện đang được dùng trên ô tô 9 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 12 1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 12 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 14 Chương 2 17 Cơ sở lý thuyết về mòn các chi tiết động cơ đốt trong và phân tích dầu bôi trơn trong chẩn đoán mòn 17 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẨN ĐOÁN MÒN CỦA ĐỘNG CƠ 17 2.1.1 Phương trình giữa nồng độ hạt mài trong dầu và tốc độ mòn khi không tính đến hiệu quả lọc17 2.1.2 Phương trình giữa nồng độ hạt mài và tốc độ mòn bề mặt ma sát có tính đến hiệu quả lọc 24 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HƯ HÁNG DO MÒN CỦA VẬT LIỆU 27 2.2.1 Thông số cơ bản của vật liệu ma sát 27 2.2.2 Vật liệu cặp ma sát 28 2.2.3 Tập hợp tải ma sát 29 2.2.4 Điều kiện tiếp xúc 29 2.3 QUY LUẬT MÒN CỦA CÁC CHI TIẾT MA SÁT TRONG ĐỘNG CƠ 32 2.3.1 Các dạng hao mòn và hư háng của bề mặt ma sát 32 2.3.2 Quy luật mòn của các chi tiết ma sát trong động cơ 32 2.4 DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ 36 2.4.1 Thành phần hoá học và phân đoạn dầu mỏ 36 2.4.2 Thành phần của dầu bôi trơn 36 2.4.3 Biến chất dầu bôi trơn động cơ Điezen 37 2.5 CÁC TÍNH CHẤT LÝ- HOÁ DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ DÙNG CHẨN ĐOÁN 39 Chương 3 46 Phương pháp và thiết bị phục vụ chẩn đoán động cơ qua phân tích các hạt mài mòn trong dầu bôi trơn 46 3.1 PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÁC HẠT MÀI MÒN TRONG DẦU BÔI TRƠN 46 3.1.1 Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử 46 3.1.2 Nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 47 3.1.3 Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu 47 3.1.4 Trang bị của phép đo AAS 48 3.2 PHƯƠNG PHÁP TÁCH HẠT MÀI TRONG DẦU BÔI TRƠN 49 3.2.1 Phương pháp tách các hạt mài mòn kim loại trong dầu bôi trơn 50 3.2.1.1 Đặc tính kỹ thuật của máy Ferrograph 50 3.2.1.2 Đặc tính kỹ thuật của Ferroscope TFX-X1 51 3.2.1.3 Sự phân bố các hạt mài mòn trên Ferrogram 52 3.2.2 Kỹ thuật lấy mẫu dầu 53 3.2.3 Chuẩn bị và pha loãng mẫu 54 3.2.4 Kỹ thuật Ferrograph 54 3.2.5 Đọc các Ferrogram 56 3.2.6 Xử lý nhiệt các Ferrogram 57 -c3.3 CÁC HẠT MÀI MÒN VÀ NGUỒN GỐC CỦA CHÚNG 59 3.3.1 Hình thái các dạng mài mòn chủ yếu và các hạt mài mòn tương ứng từ các chi tiết chịu ma sát trong động cơ Điezen 59 3.3.1.1 Hạt mài mòn ở chế độ động cơ hoạt động bình thường 59 3.3.1.2 Hạt mài mòn cắt 60 3.3.1.3 Hạt mài hình cầu 61 3.3.1.4 Mòn trượt khốc liệt 62 3.3.1.5 Hạt mài mòn bạc lót (các bộ phận quay) 62 3.3.1.6 Hạt mài mòn bánh răng (sự liên kết giữa trượt và lăn) 63 3.3.2 Các kim loại tách ra từ các chi tiết động cơ 64 3.3.2.1 Hạt không từ tính màu trắng 65 3.3.2.2 Hạt hợp kim đồng 66 3.3.2.3 Hạt hợp kim Ba bít 67 3.3.2.4 Các dạng nhiễm bẩn 68 3.3.2.5 Biến chất của sản phẩm dầu bôi trơn và Polyme do ma sát 69 3.3.2.6 Hạt từ tính 71 Chương 4 76 Chẩn đoán động cơ Điezen 3408 lắp trên xe CAT 769C 76 4.1 THEO DÕI VÀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐIEZEN 3408 LẮP TRÊN XE CAT 769C 76 4.1.1 Các thông số kỹ thuật của động cơ 3408 76 4.1.2 Các thông số về dầu dùng để chạy chẩn đoán trên động cơ 3408 76 4.2 HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ 3408 77 4.2.1 Sơ đồ đường dầu bôi trơn từ các te dầu đến đường dầu chính 77 4.2.2 Sơ đồ đường dầu bôi trơn bên trong động cơ điezen 3408 78 4.3 CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA LẤY MẪU ĐỊNH KỲ 79 4.3.1 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu dầu bôi trơn định kỳ 79 4.3.2 Phương pháp chạy chẩn đoán động cơ 80 4.3.3 Những triệu chứng dùng trong chẩn đoán 81 4.3.4 Trình tự chẩn đoán động cơ 3408 81 4.4 KẾT QUẢ THEO DÕI CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ 3408 LẮP TRÊN XE CAT 769C 84 4.4.1 Kết quả theo dõi xe 02 84 4.4.2 Kết quả theo dõi xe 13 89 4.4.3 Kết quả theo dõi xe 15 93 4.4.4 Kết quả theo dõi các xe lấy theo thời điểm 200 giê và 250 giê 96 4.4.5 Đánh giá kết quả của các xe theo dõi ở thời điểm 200 giê và 250 giê 103 4.5 CÁC HẠT MÀI MÒN KHÁC Đà PHÁT HIỆN TRONG QUÁ TRÌNH THEO DÕI 110 Kết luận chung của luận án 116 Danh mục các công trình có liên quan đến luận án được công bố TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN PHỤ LỤC -dDANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu La tinh A0 - Diện tích hình học tiếp xúc ma sát A1 - Tổng diện tích danh nghĩa Aa - Diện tích tiếp xúc danh nghĩa A r - Diện tích tiếp xúc thực A ri - Diện tích tiếp xúc vĩ mô a - Nửa chiều rộng tiếp xúc điểm của cặp ma sát có líp phủ a0 - Nửa chiều rộng tiếp xúc điểm của cặp ma sát không có líp phủ b - Chiều rộng tiếp xúc đường của cặp ma sát có líp phủ b0 - Chiều rộng tiếp xóc đường của cặp ma sát không có líp phủ C - Nồng độ các hạt kim loại mài mòn trong dầu c - Tốc độ của ánh sáng trong chân không Cov- Hệ số trùng khít D- Cường độ hấp thụ của một vạch phổ d- Đường kính trung bình của vết tiếp xúc E’- Mô đun đàn hồi tổng hợp E0, Em - năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích m Ff- Lực ma sát Fn- Tải pháp tuyến H- Độ cứng của chi tiết mềm hơn trong cặp ma sát HK- Độ cứng của kim loại HM- Độ cứng của hạt mài HV- Độ cứng tế vi của chi tiết ma sát mềm hơn h - Chiều sâu mòn của bề mặt ma sát I- Cường độ chùm sáng sau khi đi qua môi trường hấp thụ Ig- Cường độ mòn theo khối lượng It - Cường độ mòn tính theo thể tích K  - Hệ số hấp thụ của mỗi vạch phổ L- Chiều dài đường ma sát m- Khối lượng hạt mài mòn kim loại cuốn vào hệ thống bôi trơn trong một đơn vị thời gian N- Số lượng điểm tiếp xúc vi mô PH - Áp lực Hertz lớn nhất của cặp ma sát có líp phủ PH0 - Áp lực Hertz lớn nhất của cặp ma sát không có líp phủ T- Tổng số thời gian hoạt động của động cơ t- Thời gian U- Lượng mòn V- Thể tích dầu dùng trong hệ thống bôi trơn Vd - Thể tích mòn của chi tiết VE- Thể tích vật liệu bị mòn trên đường ma sát L y- Độ cao vành ngoài w - Chiều sâu thâm nhập của chi tiết ma sát cứng vào chi tiết mềm hơn -eASTM- Hội thử nghiệm và vật liệu Mỹ Ký hiệu Hy lạp:  - Bán kính cong đỉnh tổng hợp của độ nhám hai bề mặt  - Tỷ số diện tích danh nghĩa và diện tích thực của bề mặt ma sát e - Hiệu suất có Ých của động cơ - Hệ số ma sát  - Sè lượng đỉnh nhấp nhô trong diện tích tiếp xúc danh nghĩa  - Chỉ số dẻo  f - Ứng suất cắt ma sát  - Sai lệch phân bố chuẩn độ nhấp nhô vĩ mô  eff - Ứng suất khi bong hạt mòn  n - Áp lực pháp tuyến  - Mật độ của vật liệu mòn E - Năng lượng của tia sáng đã bị nguyên tử hấp thụ G - Khối lượng mòn trong quá trình ma sát -fDANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Chương I Hình 1. 1: Phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mô hình trợ giúp Hình 1. 2: Quan hệ hư háng- Triệu chứng theo ý nghĩa vật lý và khi chẩn đoán 7 8 Chương II Hình 2. 1: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ hạt mài theo thời gian Hình 2. 2: Đường cong thay đổi nồng độ hạt mài mòn Hình 2. 3: Những thông số quan trọng của hệ thống ma sát Hình 2. 4: Cấu tạo khu vực bề mặt kim loại Hình 2. 5: Các dạng cơ bản của tải ma sát Hình 2. 6: Các loại ma sát động cơ bản Hình 2. 7: Đồ thị phụ thuộc của lượng mòn U vào thời gian Hình 2. 8: Sơ đồ đơn giản của quá trình biến chất dầu động cơ Hình 2. 9: Nhít kế chảy ngược Hình 2. 10: Dụng cụ đo nhiệt độ chớp cháy cốc hở 18 20 27 28 29 30 34 38 42 43 Chương III Hình 3. 1: Thể hiện mẫu lắng đọng trên Ferrogram Hình 3. 2: Máy phân tích Ferrograph Hình 3. 3: Ferroscope Hình 3. 4: Sự phân bố các hạt mài trên Ferrogram Hình 3. 5: Đường truyền ánh sáng trong kính hiển vi lưỡng sắc Hình 3. 6: Phương pháp đọc Ferrogram Hình 3. 7: Giao thoa của ánh sáng trên bề mặt hợp kim Hình 3. 8: Cơ chế tạo thành hạt mài hình cầu Hình 3. 9: Hạt mài hình cầu 51 52 52 52 55 56 57 61 62 Chương IV Hình 4. 1: Sơ đồ đường dầu bôi trơn Hình 4. 2: Sơ đồ của đường dầu bôi trơn Hình 4. 3: Lưu đồ chẩn đoán động cơ Điezen 3408 Hình 4. 4: Đồ thị biến đổi độ nhít ở 400C Hình 4. 5: Đồ thị biến đổi độ nhít ở 1000C Hình 4. 6: Đồ thị biến đổi nhiệt độ chớp cháy cốc hở Hình 4. 7: Đồ thị biến đổi trị số kiềm tổng (TBN) Hình 4. 8: Hạt mài mòn ổ bi Hình 4. 9: Hạt mài mòn hình cầu phân bố không theo quy luật trên Ferrogram Hình 4. 10: Hạt mài mòn khốc liệt Hình 4. 11: Hạt mài mòn hợp kim nhôm trước và sau khi xử lý bằng hoá chất Hình 4. 12: Đồ thị biến đổi độ nhít ở 400C Hình 4. 13: Đồ thị biến đổi độ nhít ở 1000C Hình 4. 14: Đồ thị biến đổi nhiệt độ chớp cháy Hình 4. 15: Đồ thị biến đổi trị số kiềm tổng (TBN) Hình 4. 16: Ferrogram của động cơ hoạt động bình thường Hình 4. 17: Đồ thị biến đổi độ nhít ở 400C Hình 4. 18: Đồ thị biến đổi độ nhít ở 1000C Hình 4. 19: Đồ thị biến đổi nhiệt độ chớp cháy Hình 4. 20: Đồ thị biến đổi trị số kiềm tổng ( TBN) Hình 4. 21: Hạt hợp kim đồng trước khi xử lý nhiệt 77 78 83 85 85 85 86 87 87 88 88 90 90 90 91 92 94 94 94 95 96 -gHình 4. 22: Hạt hợp kim đồng cùng loại sau khi đã được xử lý nhiệt Hình 4. 23: Hạt mài mòn bánh răng Hình 4. 24: Hạt hợp kim cao của thép Hình 4. 25: Hạt Silicát trong bôi than Hình 4. 26: Sợi giấy lọc sau khi được xử lý nhiệt Hình 4. 27: Hạt mài oxit sắt đỏ Hình 4. 28: Hạt mài oxit sắt đen Hình 4. 29: Cổ trục khuỷu động cơ bị mài xước nghiêm trọng Hình 4. 30: Bạc lót động cơ bị chảy dẻo Hình 4. 31: Hạt mài cắt Hình 4. 32: Hạt mài mòn oxit Pb/Sn trước khi xử lý nhiệt Hình 4. 33: Hạt mài mòn hợp kim babít Hình 4. 34: Hạt mài mòn oxit Pb/Sn sau khi xử lý nhiệt Hình 4. 35: Hạt mài MoS2 Hình 4. 36: Hạt mài oxit kim loại đen 96 106 106 107 108 110 110 111 111 112 112 112 112 113 114 -hDANH MỤC CÁC BẢNG Chương II Bảng 2. 1: Những chỉ tiêu đánh giá dầu bôi trơn động cơ Bảng 2. 2: Các nguyên nhân chủ yếu làm thay đổi độ nhít 39 42 Chương III Bảng 3. 1: Độ phóng đại của kính hiển vi quang học Bảng 3. 2: Thời gian lấy mẫu cho thiết bị Bảng 3. 3: Cách nhận biết các hạt mài mòn không từ tính màu trắng Bảng 3. 4: Vật liệu một số chi tiết chịu ma sát trong động cơ Điezen 52 54 66 73 Chương IV Bảng 4. 1: Các thông số kỹ thuật của động cơ 3408 Bảng 4. 2: Các thông số và giới hạn sử dụng của dầu chạy chẩn đoán Bảng 4. 3: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 02 Bảng 4. 4: Kết quả phân tích mẫu dầu xe CAT 02 Bảng 4. 5: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 13 Bảng 4. 6: Kết quả phân tích mẫu dầu xe CAT 13 Bảng 4. 7: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 15 Bảng 4. 8: Kết quả phân tích mẫu dầu xe CAT 15 Bảng 4. 9: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 01 Bảng 4. 10: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 03 Bảng 4. 11: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 04 Bảng 4. 12: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 05 Bảng 4. 13: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 07 Bảng 4. 14: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 08 Bảng 4. 15: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 09 Bảng 4. 16: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 10 Bảng 4. 17: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 12 Bảng 4. 18: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 14 Bảng 4. 19: Kết quả phân tích các chỉ tiêu dầu bôi trơn ở thời điểm 200 giê và 250 giê 76 77 84 84 89 89 93 93 97 97 98 98 98 98 99 99 99 100 100 -1- Đ MỞ ĐẦU ược tạo ra cách đây hơn một thế kỷ, động cơ Điezen mang tên của người phát minh đầu tiên đến nay đã được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của nền kinh tế, từ ngành vận tải đường bộ, đường thuỷ, đường sắt đến ngành năng lượng, nông nghiệp, quân sù, khai khoáng, xây dựng... Trong ngành khai khoáng đặc biệt là ở Tập đoàn Than và khoáng sản Việt nam, động cơ Điezen được trang bị trên xe ô tô vận tải, máy khai thác, dẫn động các thiết bị khoan, máy phát điện, máy nén khí v.v.. Động cơ Điezen thực sự là thiết bị không thể thiếu trong các hoạt động khai thác. Ngay từ những năm đầu của thời kỳ đổi mới Tổng công ty than Việt Nam trước đây, và hiện nay là Tập đoàn Than và khoáng sản Việt Nam đã luôn đổi mới thiết bị cũng như công nghệ khai thác đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của quá trình sản xuất. Để thay thế dần những thiết bị từ thế hệ cũ lạc hậu, độ tin cậy không cao, hiện nay các thiết bị khai thác và vận tải ở Tập đoàn hầu hết đều được nhập khẩu từ các nước phát triển như Thụy ĐiÓn, Nhật Bản, Mỹ, Hàn Quốc... rất phong phú về số lượng còng nh- đa dạng về chủng loại. Những thương hiệu nổi tiếng về thiết bị vận tải và khai thác nh-: Caterpillar, Volvo, Komatsu, Hyundai, Hitachi, Samsung, Yamaha, Kawasaki... đã quá quen thuộc với công nhân khai thác và cán bé quản lý ở vùng má. Đặc thù của thiết bị khai thác đều hoạt động tại những địa hình phức tạp giao thông rất khó khăn (như tại Công ty than Cọc Sáu các thiết bị hoạt động ở địa hình âm trên 100 m so với mực nước biển) đồng thời phải phục vụ 3 ca/ngày trong suốt thời gian khai thác do đó yêu cầu trước hết là thiết bị phải có tính năng kinh tế kỹ thuật cao, có độ tin cậy lớn. Đi kèm với việc vận hành các thiết bị hiện đại này, công tác sửa chữa, bảo trì máy móc ở các đơn vị quản lý chiếm một vị trí rất quan trọng. Kỹ thuật bảo dưỡng thiết bị ở hầu hết các đơn vị sản xuất ở Việt Nam hiện nay đều là kỹ thuật cổ điển, lạc hậu và chủ yếu dùa vào kinh nghiệm của người sử dụng. Các phương pháp bảo dưỡng chủ yếu được áp dông ở các đơn vị quản lý thiết bị ở Việt Nam hiện nay là sửa chữa khi đã xảy ra hư háng hoặc bảo dưỡng thiết bị theo định kỳ thời gian hay sè km xe đã chạy. Các phương pháp này đã bộc lé hàng loạt các nhược điểm: - Gây ra các hư háng bất thường làm dừng toàn bộ thiết bị. - Gây bị động trong việc quản lý sản xuất, tiêu thụ vật tư còng nh- công tác quản lý bảo dưỡng. - Khối lượng chi tiết thay thế cần chuẩn bị nhiều do không định trước được hư háng gây lãng phí. -2- Trong khi bảo dưỡng thiết bị theo định kỳ thời gian phải tháo ra kiểm tra và thay thế một số chi tiết vẫn còn sử dụng được tiếp gây lãng phí không cần thiết... Chính vì vậy, chi phí bảo dưỡng hàng năm rất lớn mà hiệu quả bảo dưỡng không cao. Do đó, để giảm được chi phí tăng năng suất hoạt động của thiết bị, việc áp dụng các kỹ thuật bảo dưỡng tiên tiến là một tất yếu khách quan đối với tất cả các thiết bị khai thác ở điều kiện sản xuất ở Việt Nam hiện nay- tức là Phương pháp bảo dưỡng phòng ngõa theo tình trạng thiết bị. Bản thân các thiết bị khai thác và vận tải được nhập khẩu từ nước ngoài như đã nói ở trên cũng đã có những phần mềm chuyên dụng để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của thiết bị, tuy nhiên trong đó không đề cập đến trạng thái mài mòn của các chi tiết chịu ma sát còng như chế độ bôi trơn bất thường trong động cơ để khẳng định chất lượng thiết bị trong quá trình sử dụng. Các nước phát triển trên thế giới cũng áp dụng công nghệ chẩn đoán các thiết bị cơ khí theo quy mô từ đơn giản đến phức tạp về mặt bôi trơn, mài mòn tạo ra một phạm vi rộng cho các cán bộ kỹ thuật ở các nước đang phát triển có thể lùa chọn các thiết bị và giải pháp phù hợp nhất đối với các đơn vị quản lý phương tiện vận tải của mình. Nhưng cho đến nay ở Việt Nam việc ứng dụng các kỹ thuật tiên tiến trong công tác chẩn đoán và kiểm soát tình trạng hoạt động của động cơ đốt trong hầu như chưa được áp dụng tại các đơn vị vận tải. Với các kiÕn thức sâu về thiết bị đặc biệt động cơ Điezen cỡ lớn thông qua nhiều năm sửa chữa, thay thế, chế tạo phụ tùng cùng với việc kết hợp các thiết bị đo, phân tích hiện đại ở các nước phát triển với các ngành liên quan như tribologi- cơ khí ta hoàn toàn có thể xây dựng được các hệ thống giám sát và phân tích tình trạng thiết bị về mặt bôi trơn, mài mòn có giá thành rẻ và hiệu quả cao phù hợp với điều kiện sản xuất ở Việt Nam. Vì vậy, việc áp dụng kỹ thuật giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị về mặt bôi trơn, mài mòn trong thực tế sản xuất của Việt Nam là hoàn toàn có thể thành hiện thực. Với mục tiêu tiếp cận thành quả đạt được hiện nay của thế giới về lĩnh vực ma sát mài mòn kết hợp với điều kiện sử dụng động cơ điêzen và những thiết bị đo lường hiện có của Việt Nam tác giả lấy đề tài nghiên cứu: ‘Chẩn đoán kỹ thuật động cơ điêzen trên cơ sở phân tích tính chất lý hoá của dầu bôi trơn và hạt mài chứa trong dầu’ làm nội dung luận án của mình. Mục đích nghiên cứu: Dùa vào những kết quả phân tích tính chất lý hoá cùng với những hạt mài mòn kim loại lắng đọng trong dầu bôi trơn đã qua sử dụng tác giả muốn đánh giá chất lượng hệ thống bôi trơn động cơ để kịp thời phát hiện ra sự cố trong quá trình vận hành tránh những hư háng đáng tiếc xảy ra. Phương pháp chẩn đoán ở đây được lấy làm tiền đề cho phương pháp bảo -3dưỡng phòng ngõa theo tình trạng thiết bị thay thế cho các phương pháp bảo dưỡng cũ lạc hậu. Đối tượng nghiên cứu: Áp dụng phương pháp nghiên cứu của mình tác giả trực tiếp theo dõi phân tích và đánh giá chất lượng hệ thống bôi trơn thông qua các mẫu dầu của 14 động cơ 3408 lắp trên xe ô tô vận tải CAT 769C ở các chu kỳ thay dầu khác nhau và một số mẫu dầu cùng với những sự cố gặp phải trên các ô tô vận tải khác. Phương pháp nghiên cứu: Từ những lý thuyết chung về chẩn đoán động cơ, về hệ thống bôi trơn động cơ ô tô cùng lý thuyết và thực tiễn về ma sát mài mòn các chi tiết của động cơ đốt trong tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu thực tế ngoài hiện trường, theo dõi chẩn đoán quá trình mài mòn không bình thường của những động cơ Điezen vận tải qua từng chu kỳ thay dầu qua đó rót ra những đánh giá chất lượng hệ thống bôi trơn. Với phương pháp nghiên cứu này tác giả đưa ra quy trình chẩn đoán kỹ thuật động cơ Diezen, công việc mà trước đây mới chỉ được làm một cách rời rạc qua theo dõi các thông số của thiết bị. Bằng phương pháp Ferroraph lần đầu tiên được áp dụng ở Việt Nam để tách các hạt mài mòn kim loại có kích thước lớn hơn 5m ra khỏi dầu bôi trơn động cơ nhằm phát hiện quá trình mài mòn bất thường của các cặp ma sát từ đó tìm ra nguyên nhân và biện pháp khắc phục giảm thiểu hư háng thiết bị. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Những kết quả nghiên cứu của luận án cùng với phần mềm chẩn đoán chuyên dụng có sẵn của thiết bị góp phần giúp người quản lý nắm bắt được tình trạng kỹ thuật của thiết bị có kế hoạch bảo dưỡng và sửa chữa kịp thời nhằm ngăn chặn những hư háng đáng tiếc xảy ra và tận dụng khả năng khai thác tối đa các thiết bị. Kết quả của đề tài nghiên cứu còn tạo điều kiện sử dụng phương pháp bảo dưỡng phòng ngõa theo tình trạng thiết bị về mặt bôi trơn, mài mòn thay thế các phương pháp bảo dưỡng cũ lạc hậu. Nội dung chính của luận án bao gồm: Chương I: Tổng quan về chẩn đoán động cơ đốt trong. Nêu lên những vấn đề chung nhất của chẩn đoán động cơ đốt trong, đánh giá việc sử dụng thiết bị khai thác ở các đơn vị sản xuất sau đó nêu khái quát tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước trong chẩn đoán động cơ từ đó thấy rõ hơn nữa tính cấp thiết của đề tài. Chương II: Cơ sở lý thuyết về mòn các chi tiết động cơ đốt trong và phân tích dầu bôi trơn trong chẩn đoán mòn. Nêu lên sự biến đổi nồng độ hạt mài mòn trong dầu bôi trơn theo thời gian hoạt động và tốc độ mài mòn của cặp ma sát trong các trường hợp có bầu lọc và không có bầu lọc dầu. -4Tiếp theo là cơ chế và đặc tính mòn phụ thuộc vật liệu tiếp xúc của cặp ma sát, tải ma sát của các chi tiết nói chung, cơ sở lý thuyết về mài mòn của các chi tiết chịu ma sát trong động cơ. KÕt hợp cùng các biến đổi của các chi tiêu hoá lý điển hình của dầu và các hạt mài mòn từ các chi tiết được tách ra trong dầu bôi trơn ở các chương tiếp theo tạo nên một bức tranh toàn cảnh về chế độ mài mòn trong động cơ Điêzen giúp chẩn đoán chính xác và khắc phục kịp thời nhờ đó hoàn toàn có thể làm chủ được thiết bị và dự trù những chi tiết thay thế một cách hợp lý giảm thời gian dừng máy không cần thiết. Phần cuối của chương này tác giả giới thiệu cơ sở lý thuyết phân tích dầu bôi trơn trong chẩn đoán mòn gồm về phân đoạn dầu mỏ cũng như thành phần hoá học của dầu bôi trơn động cơ, với trên 20 chỉ tiêu hoá lý của dầu bôi trơn động cơ làm cơ sở cho việc chẩn đoán ban đầu đối với động cơ Điêzen. Căn cứ vào sự biến đổi 5 chỉ tiêu hoá lý điển hình có thể đoán nhận được quá trình bôi trơn không bình thường trong động cơ và sớm đưa ra hành động khắc phục. Chương III: Phương pháp và thiết bị chẩn đoán động cơ qua phân tích các hạt mài mòn trong dầu bôi trơn. Giới thiệu phương pháp phân tích hạt mài mòn bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Nồng độ hạt mài mòn được định lượng qua đó đánh giá hiện tượng mài mòn không bình thường của các chi tết chịu ma sát khi khối lượng hạt mài này vượt quá giới hạn cho phép. Hạn chế của phương pháp AAS là chỉ định lượng các hạt mài mòn với kích thước chính nhá hơn 5m. Đối với những hạt có kích thước lớn hơn phải áp dụng phương pháp Ferrograph. Phương pháp này có thể phát hiện ra 6 dạng hạt mài tách ra từ các chi tiết động cơ và 16 loại hạt mài cùng các kim loại điển hình trên bề mặt ma sát. Các thông tin về hình dáng, thành phần các hạt mài, sự phân bố về kích thước, mầu sắc và nồng độ của những hạt mài tách ra từ phương pháp Ferroraph có thể chẩn đoán chính xác tình trạng mài mòn động cơ để có những biện pháp xử lý kịp thời tránh xảy ra những háng hóc nặng. Chương IV: Chẩn đoán động cơ Điezen 3408 lắp trên xe CAT 769C. Cho dù đã rất cố gắng để có một luận án tốt, nhưng có thể vẫn còn tồn tại không Ýt những thiếu sót trong luận án. Tác giả mong rằng trong thời gian tới sẽ có nhiều cơ hội để giải quyết những vấn đề còn tồn tại này và mong có sự hợp tác giúp đỡ của các Giáo sư chuyên ngành cùng các đơn vị liên quan. -5- CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1.1 Vấn đề chung của chẩn đoán động cơ đốt trong Hàng năm, các đơn vị sản xuất tập trung đã phải chi mét khoản tiền khá lớn để phục vụ các công tác sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị. Việc dừng thiết bị không định trước do háng hóc đã gây nhiều bất lợi cho sản xuất còng nh- công tác quản lý và thực hiện bảo dưỡng, lập kế hoạch sửa chữa, kế hoạch dừng máy và mua sắm thiết bị phụ tùng thay thế. Nếu chủ động được những việc trên sẽ làm giảm tối đa chi phí trong công tác bảo dưỡng và tăng hiệu quả của việc đầu tư thiết bị. Công tác nghiên cứu phát triển các phương pháp bảo dưỡng tiên tiến nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của một đơn vị sản xuất công nghiệp đã và đang được phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp phát triển và là nhu cầu bức xúc của các đơn vị sản xuất tập trung ở nước ta. Việc bảo dưỡng và sửa chữa tiên tiến trong các đơn vị sản xuất ở nước ta dần được áp dụng và có tác động tích cực đến quá trình vận hành và khai thác. Khái quát quá trình phát triển các phương pháp bảo dưỡng thiết bị sản xuất nói chung và động cơ đốt trong nói riêng trên thế giới bao gồm 3 phương pháp chủ yếu: - Phương pháp bảo dưỡng khi hư háng. - Phương pháp bảo dưỡng phòng ngõa theo thời gian. - Phương pháp bảo dưỡng phòng ngõa theo tình trạng thiết bị. Với thực tế sản xuất ở nước ta do có quá nhiều chủng loại thiết bị với nhiều xuất xứ khác nhau nên cả ba hệ thống bảo dưỡng trên cùng song song tồn tại. Tuy nhiên với những thiết bị quan trọng, có giá trị kinh tế lớn người ta thường triển khai áp dụng phương pháp bảo dưỡng cuối cùng- Phương pháp bảo dưỡng phòng ngõa theo tình trạng thiết bị. Đây chính là phương pháp bảo dưỡng hiện đại và mới được áp dụng trong khoảng thập kỷ 90 của thế kỷ trước. Nội dung chính của phương pháp này là: trạng thái làm việc của thiết bị được giám sát bởi hệ thống phần mềm giám sát và chẩn đoán. Hệ thống này sẽ giám sát các hiện tượng xuất hiện trong quá trình làm việc của thiết bị như tiếng ồn, độ rung, nhiệt độ... để kiểm tra tình trạng thực tế của thiết bị, đồng thời phát hiện các trạng thái bất thường của thiết bị qua đó xác định xu hướng hư háng. Hệ thống chẩn đoán sẽ chịu trách nhiệm phân tích các kết quả thu được từ hệ thống giám sát kiểm tra mức độ hư háng giúp người sử dụng kịp thời điều chỉnh hoặc thay thế các phần hư háng tránh các hư háng theo dây truyền. Trong thực tế người ta chia ra các dạng chẩn đoán đặc trưng: -6- Chẩn đoán được thực hiện nhờ đo trực tiếp: Các dấu hiệu chẩn đoán được đo để đánh giá trạng thái cần chẩn đoán. - Chẩn đoán được thực hiện khi không ngắt hoạt động và tháo máy hoặc thiết bị. Các dấu hiệu chẩn đoán hoặc được xác lập từ quan sát hoạt động hoặc từ các phương pháp nghiên cứu đặc biệt từ bên ngoài hệ thống. Mục đích chẩn đoán là xác định trạng thái kỹ thuật một cách lượng hoá, đánh giá trạng thái hiện tại và đánh giá dự báo. Các bước tiến hành chẩn đoán kỹ thuật và mô hình chẩn đoán hiện đại: 1 Mô tả trạng thái: trong bước này cần phân tích đối tượng chẩn đoán. Những tính chất nào của thiết bị có thể giám sát và được phép giám sát. 2 Lùa chọn tín hiệu chẩn đoán và dấu hiệu chẩn đoán: Tín hiệu và dấu hiệu chẩn đoán là một đại lượng vật lý đo được, phản ánh gián tiếp trạng thái tương ứng với các tính chất đặc trưng của đối tượng chẩn đoán. 3 Mô hình chẩn đoán: xây dựng mối quan hệ định lượng giữa dấu hiệu chẩn đoán và trạng thái cần nhận dạng. 4 Đánh giá trạng thái kỹ thuật: trong giai đoạn làm việc, có thể xác định trạng thái hiện tại của đối tượng nhờ đưa vào mô hình chẩn đoán các dấu hiệu chẩn đoán đo được tại một đối tượng chẩn đoán có trạng thái chưa biết. 5 Giải pháp chẩn đoán: Đây là công việc cuối cùng trong chẩn đoán kỹ thuật để dẫn đến việc bảo trì trạng thái. 1.1.2 Chẩn đoán động cơ trên cơ sở mô hình trợ giúp Những thiết bị phục vụ sản xuất ở các đơn vị khai thác được nhập khẩu từ các nước phát triển đã có phần mềm chuyên dụng để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của động cơ trong quá trình sử dụng. Hai bước quan trọng trong chẩn đoán đó là quá trình nhận biết lỗi và chẩn đoán: Nhận biết lỗi: Giám sát và nhận dạng lỗi, tạo dấu hiệu lỗi so sánh với trạng thái chuẩn xác định triệu chứng hư háng. Chẩn đoán: Cô lập lỗi và phân tích lỗi, xây dựng quan hệ giữa lỗi và triệu chứng hư háng. Thành phần quan trọng của chẩn đoán động cơ bằng phần mềm chuyên dụng hay chẩn đoán động cơ trên cơ sở mô hình trợ giúp là các kiến thức về quá trình hoạt động của đối tượng chẩn đoán, có thể tách thành hai khối kiến thức: - Kiến thức chuyên gia: là loại kiến thức không thể mô tả chính xác mà chỉ thể hiện ở dạng quan hệ định tính, định lượng không chính xác. -7Thông thường các kiến thức này xuất phát từ kinh nghiệm của người sử dụng hoặc các chuyên gia và có thể là các quy luật bằng ngôn ngữ. - Kiến thức giải tích: dùa trên cơ sở các phương trình toán học, các thuật toán biểu diễn chính xác các kiến thức về quá trình, các dạng tiêu biểu để biểu diễn kiến thức giải tích là các công thức vật lý hoặc các quan hệ tham số toán học. - Phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mô hình trợ giúp: Kết quả chÈn đoán lỗi phụ thuộc chính vào năng lực biểu hiện, tính tổng quát và chất lượng của dấu hiệu chẩn đoán và triệu chứng hư háng tạo ra từ quá trình nhận biết lỗi. Đến nay người ta đã sử dụng rất nhiều phương pháp nhận biết lỗi, có thể phân chia thành hai nhóm: phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mô hình quá trình và phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mô hình tín hiệu. NhËn biÕt lçi trªn c¬ së m« h×nh trî gióp Ph©n tÝch m« h×nh tÝn hiÖu M« h×nh tÝn hiÖu tham sè Ph©n tÝch hµm t-¬ng quan Ph©n tÝch phæ Ph©n tÝch m« h×nh qu¸ tr×nh Ph©n tÝch sãng §¸nh gÝa tham sè §¸nh gÝa tr¹ng th¸i C©n b»ng ®ång ®¼ng Hình 1. 1: Phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mô hình trợ giúp Các dấu hiệu chẩn đoán nhận được từ các mô hình tín hiệu hoặc mô hình quá trình được so sánh với các tín hiệu chuẩn, có nghĩa là so với các tính chất quá trình không có lỗi. Nếu dấu hiệu quá trình thay đổi một độ lệch nhận biết được so với trạng thái chuẩn thì sẽ tạo ra một triệu chứng thông báo về trạng thái có lỗi, có hư háng của quá trình. Để chẩn đoán chính xác lỗi cần tiếp tục đánh giá các triệu chứng trong giai đoạn chẩn đoán lỗi. - Phương pháp chẩn đoán lỗi trên cơ sở mô hình trợ giúp: Chẩn đoán lỗi bao gồm hai giai đoạn cơ bản: cô lập lỗi và phân tích lỗi hay còn gọi là nhận dạng hư háng. Trong giai đoạn cô lập lỗi tiến hành tách lỗi từ các triệu chứng và phân loại chúng. Mỗi trường hợp hư háng sẽ có một biểu hiện của triệu chứng khác nhau. Trong giai đoạn phát triển một hệ thống chẩn -8đoán người ta xác định các quan hệ giữa các hư háng thực xuất hiện hoặc các hư háng nhân tạo với các dấu hiệu từ phân tích lý thuyết hoặc đánh giá các số liệu thực nghiệm và lưu giữ chúng ở một dạng thích hợp. Khi chẩn đoán người ta đối thoại với cơ sở dữ liệu đó để tìm ra một lời giải phù hợp. Trong khi theo ý nghĩa vật lý thì hư háng là nguyên nhân của triệu chứng, còn khi chẩn đoán, hư háng lại được kết luận theo triệu chứng. Khi phân tích lỗi cần xác định trạng thái có lỗi của quá trình và hư háng gây ra theo loại, trị số và nguyên nhân hư háng. Nhiều khi cả sự xuất hiện theo thời gian của hư háng cũng được quan tâm. ChÈn ®o¸n Nguyªn nh©n H- háng H- háng NhËn biÕt hháng KÕt qu¶ Sù kiÖn TriÖu chøng TriÖu chøng Sù kiÖn TriÖu chøng Sù kiÖn TriÖu chøng TriÖu chøng TriÖu chøng Sù kiÖn TriÖu chøng TriÖu chøng Hình 1. 2: Quan hệ hư háng- Triệu chứng theo ý nghĩa vật lý và khi chẩn đoán Phân tích hư háng trong các trường hợp phụ thuộc vào chất lượng của triệu chứng tạo lập được. Việc đánh giá cường độ tác động các triệu chứng cho biết trị số của hư háng. Có thể xảy ra cả các trường hợp nhiều hư háng khác nhau tác động khác nhau vào một triệu chứng. Việc xác định loại hư háng cho biết rằng đây có phải là một hư háng hệ thống hay hư háng ngẫu nhiên. Cuối cùng việc phân tích tính chất thời gian cho khả năng phân biệt theo dạng hư háng thường xuyên, hư háng nhất thời, hư háng gián đoạn, hư háng không quy luật hoặc hư háng kéo dài. Trung tâm của chẩn đoán lỗi thiết lập biểu diễn kiến thức chẩn đoán đạt được qua quan hệ hư háng- triệu chứng. Trong trường hợp lý tưởng việc tạo lập triệu chứng đã cung cấp một kết quả sử dụng được, nếu mỗi triệu chứng phản ánh một hư háng xác định. Sau đó chỉ cần giám sát mỗi triệu chứng mỗi khi vượt quá ngưỡng trên và ngưỡng dưới là đủ. Đa số các trường hợp không có được điều kiện này và cần có một sự đánh giá chi tiết hơn các triệu chứng để phân tích hư háng. -91.1.3 Phương pháp chẩn đoán động cơ hiện đang được dùng trên ô tô Trong quá trình sử dụng, công suất có Ých của động cơ giảm chậm và chi phí nhiên liệu riêng tăng chậm. Các chỉ tiêu này bị làm xấu dần đi thường là do có sai lệch đối với các thông số điều chỉnh của các hệ thống trong động cơ và không thể làm cơ sở để gửi đi sửa chữa lớn. Phần lớn các trường hợp giảm nhỏ về công suất và suất tiêu hao nhiên liệu có thể được khắc phục ngay ở cơ sở vận tải hoặc các trạm bảo dưỡng nhỏ, đặc biệt khi ở đó có các thiết bị đánh giá định lượng các chỉ tiêu này. Các nguyên nhân cơ bản của các háng hóc trên động cơ thường là do hở đường nạp không khí, điều chỉnh sai hoặc có thay đổi góc bắt đầu phun, kẹt tắc các thiết bị phun nhiên liệu và nói chung là sai lệch trạng thái hoạt động đúng của hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu. Đối với mỗi dạng cấu trúc của các hệ thống này, các sai lệch sẽ có những biểu hiện riêng, thí dụ đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ Diezen là sai lệch các trạng thái của vòi phun hoặc bơm cao áp. Các nguyên nhân khác là chất lượng các chi tiết làm kín kém, các chi tiết không được xiết đủ chặt, điều chỉnh không đúng các cơ cấu và hệ thống, làm sạch kém các bộ phận lọc dầu, rò rỉ ở hệ thống làm mát. Khả năng làm việc của động cơ được đánh giá cơ bản bằng các chỉ tiêu công suất và tính tiết kiệm nhiên liệu (chi phí nhiên liệu riêng) cũng như chất lượng khởi động, mức ồn và gõ. Những sai lệch chủ yếu ảnh hưởng đến khả năng làm việc của động cơ là: hao mòn các chi tiết của nhóm pittông- xi lanh, mòn cổ thanh truyền và cổ chính của trục khuỷu, sai lệch về điều chỉnh trong cơ cấu xu páp và ở hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu. Hao mòn thường có ở các liên kết vòng găng pittông, các ổ đỡ chính và ổ đỡ thanh truyền. Thường gặp hơn cả trong các ổ đỡ là sự phá hủy líp chống ma sát, xước trên bề mặt cổ trục, làm nóng chảy hoặc Ðp vỡ tróc líp chống ma sát, gây tắc lỗ dẫn dầu. Trong nhóm pittông- xi lanh các hư háng và sai lệch chủ yếu là: tăng khe hở hướng kính giữa xi lanh và pittông, khe hở trong liên kết giữa vòng găng hơi và dầu trên pittông, khe hở ở trong chốt pittông, giảm đàn hồi và vì gẫy vòng găng hơi, dầu. Nếu nhóm pittông xi lanh không kín khít sẽ làm tăng lọt khí từ không gian bên trên pittông xuống các te. Điều đó làm xấu chất lượng tạo hỗn hợp và đốt cháy nhiên liệu và tiếp theo làm tăng chi phí nhiên liệu riêng, tăng độ khói khí xả, tăng ô nhiễm môi trường. Sai lệch chủ yếu của hệ thống bôi trơn là giảm áp suất dầu trong mạch dầu chính do các nguyên nhân sau: mức dầu trong các te thấp, mòn liên kết trong cơ cấu trục khủy thanh truyền, giảm lượng cung cấp của bơm dầu, sai lệch về điều chỉnh van an toàn, độ nhít dầu thấp.v.v.. - 10 Sai lệch trong cơ cấu phân phối khí dẫn đến giảm công suất động cơ, tăng chi phí nhiên liệu gây ồn gõ, tăng hao tổn dầu nhờn. Hao tổn dầu tăng là do lọt qua các bộ phận làm kín, thông hơi các te kém, mòn vòng găng pittông, pit tông và xi lanh, mòn bạc dẫn hướng xu páp và làm mất độ kín. Các thông số chẩn đoán trong đại đa số các trường hợp được đặc trưng bởi phương pháp chẩn đoán. Các phương pháp hiện đại để chẩn đoán động cơ dùa trên việc đo các thông số chẩn đoán cơ bản sau: - Các thông số biên độ- pha của các quá trình làm việc tạo bởi độ nhít làm việc của chất lỏng hoặc khí, trong hệ thống bôi trơn, hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống trao đổi khí của động cơ. - Các thông số đặc trưng cho trạng thái hoạt động của các phần tử trong mạch điều khiển điện tử. Trên đa số các động cơ hiện đại ứng dụng điều khiển điện tử được bè trí chức năng tự giám sát, chẩn đoán và lưu trữ các trạng thái hoạt động của mạch điều khiển. - Các thông số đặc trưng của dao động hoặc ồn tạo bởi tác động qua lại của các cặp liên kết động học. Khi chẩn đoán động cơ nhiều xi lanh, để cã năng suất chÈn đoán lớn nhất người ta sử dụng các xung được tạo ra bởi các hệ thống khác nhau nối tiếp nhau theo tất cả các xi lanh tương ứng với trình tù làm việc của chúng. Để phân tích hệ thống nhiên liệu trong động cơ Diezen có thể sử dụng các xung áp suất nhiên liệu được tạo ra ở các nhánh bơm nhiên liệu. Để phân tích độ kín của nhóm pittông xi lanh có thể sử dụng xung áp suất khí tạo ra trong cac te; Để phân tích trạng thái của cơ cấu phân phối khí có thể sử dụng xung áp suất khí tạo ra trong đường nạp và đường thải. Để phân tích quá trình nén trong xi lanh có thể sử dụng xung dòng điện và điện áp ở chế độ quay không động cơ. Thực tế khi động cơ đốt trong hoạt động, có rất nhiều hiện tượng phát sinh. Việc chẩn đoán trạng thái hoạt động động cơ đốt trong được dùa trên biểu hiện của các hiện tượng này để dự báo tình trạng thực tế của chúng. Trong bảo dưỡng, người ta phân loại ra một số hiện tượng cơ bản và qua đó nghiên cứu, áp dụng các phương pháp phân tích, chẩn đoán cho phù hợp. Các hiện tượng làm việc bất thường khi động cơ hoạt động còng nh- các dấu hiệu chẩn đoán đi cùng với chúng bao gồm: - Dao động: Khi động cơ xuất hiện các hiện tượng bất thường, phần lớn sẽ làm thay đổi biên độ và tần số dao động của máy. Do đó nếu dao động được đo và phân tích, ta có thể xác định được các hư háng của chúng mà không cần dừng hoặc tháo máy. Đây chính là lý do tại sao dao động được coi là một đại lượng chỉ thị về tình trạng kỹ thuật của động cơ. - 11 - Nhiệt độ: Khi hoạt động mỗi chi tiết trong động cơ làm chức năng thu hoặc phát nhiệt năng. Nếu xác định được nhiệt độ làm việc phù hợp của động cơ và giám sát được quá trình thay đổi nhiệt độ của chóng thì có thể dự báo được khả năng hư háng có thể xảy ra, xác định chính xác được vị trí cũng như mức độ hư háng. Thực tế phương pháp xác định nhiệt độ được áp dụng để nhận biết nhiệt độ của các ổ đỡ trục khủy, xác định trạng thái quá tải ở động cơ... - Chất bôi trơn: Kiểm tra, phân tích sự thay đổi tính chất vật lý và hoá học của các chất bôi trơn trong quá trình làm việc của động cơ có thể giám sát được trạng thái bôi trơn, mài mòn của các chi tiết cũng như khả năng sử dụng các chất bôi trơn. - Nứt và rò rỉ: Các vết nứt tế vi và rò rỉ nếu không phát hiện kịp thời sẽ gây hư háng nặng cho các liên kết và cả hệ thống. Để xác định các vết nứt và rò rỉ thông thường người ta hay dùng siêu âm, khí nhóm Halogen, từ trường, độ cách điện, dòng điện xoáy, sóng siêu âm, bức xạ... - Độ ồn: Đé ồn gây ra trong quá trình hoạt động của động cơ được đo và phân tích cũng có thể cho ta biết về tình trạng của động cơ cũng như các hư háng có thể xảy ra. - Độ mòn: Giám sát độ mòn của các chi tiết trong hệ thống bôi trơn còng cho phép xác định được tình trạng hoạt động của hệ thống và qua đó đưa ra các giải pháp cần thiết để tăng tuổi thọ của động cơ. Với sáu dấu hiệu chẩn đoán nói trên thì chẩn đoán trên cơ sở phân tích dầu bôi trơn có chứa hạt mài mòn kim loại là một trong những dấu hiệu phù hợp áp dông cho chẩn đoán động cơ đốt trong được người sử dụng đánh giá cao vì: - Khả năng chẩn đoán tương đối chính xác; - Phương pháp mang lại giá trị kinh tế cao đặc biệt với các đơn vị được quản lý tập trung và với số lượng thiết bị đủ lớn; - Thời gian kiểm tra và phân tích các chỉ tiêu liên quan đến việc chẩn đoán nhanh; - Quá trình chẩn đoán không cần phải tháo rời từng chi tiết của thiết bị nên phần nào giảm được giá thành của việc chẩn đoán; - Trong quá trình đưa ra kết luận cuối cùng các thiết bị vẫn được hoạt động bình thường giảm thời gian thiết bị phải ngừng hoạt động; - Ngoài việc chẩn đoán động cơ đốt trong trên cơ sở phân tích dầu bôi trơn phương pháp còn đánh giá khả năng thích ứng của dầu bôi trơn với động cơ qua từng giai đoạn phân tích; - Phương pháp chẩn đoán thông qua dầu bôi trơn không chỉ được dùng để chẩn đoán tình trạng hoạt động của động cơ đốt trong mà phương pháp còn được ứng dụng để chẩn đoán những hệ thống được bôi trơn khác như: - 12 hệ thống thuỷ lực, hệ thống hộp giảm tốc, các tuabin lớn của nhà máy phát điện... Mở rộng hơn có thể ứng dụng để chẩn đoán tình trạng hoạt động của những thiết bị được bôi trơn bằng mỡ, tuy nhiên cũng cần phải chú ý về cách lấy mẫu, cách pha dung dịch để làm Ferrogram... khi phân tích (sẽ được nói kỹ ở phần sau). Với phương pháp này thay vì sửa chữa, bảo dưỡng phòng ngõa theo thời gian người sử dụng sẽ giám sát, chẩn đoán tình trạng của động cơ đốt trong thông qua các phép đo theo các chu kỳ. Tuỳ theo tình trạng của động cơ mức độ phức tạp và quan trọng của nó người ta xác định các khoảng thời gian đo phù hợp và như vậy người bảo dưỡng có thể làm chủ được công việc của mình. 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Tình hình trong nước về vấn đề chẩn đoán động cơ đốt trong về mặt bôi trơn, mài mòn thực tế không có nhiều mà chủ yếu các nghiên cứu về hao mòn và hư háng từng cặp chi tiết chịu ma sát có ảnh hưởng đến tính kinh tế kỹ thuật của động cơ. Tuy nhiên các nghiên cứu này cũng là cơ sở cho việc chẩn đoán của động cơ đốt trong sau này. Khởi nguồn về nghiên cứu hao mòn và hư háng nhóm chi tiết cơ bản của động cơ: xi lanh, trục khuỷu, xupáp v.v. Ở nước ta được bắt đầu từ những năm 1960 do các nhà cơ khí nông nghiệp Việt nam tiến hành, với sự giúp đỡ của Giáo sư tiến sỹ Alêchxandrôv [1]. Nhưng do hạn chế về mặt thời gian và điều kiện khảo sát nên số máy được nghiên cứu quá Ýt, các số liệu thu được về hao mòn không đủ để rót ra quy luật mòn của xi lanh cũng như các chi tiết khác của động cơ sử dụng ở nước ta thời gian đó. Năm 1969 trong luận án phó tiến sỹ ở Liên xô ‘Nghiên cứu khả năng ứng dụng các phương pháp nghiên cứu hao mòn các chi tiết quan trọng nhất của máy kéo, máy nông nghiệp đang dùng ở Liên xô vào điều kiện Việt Nam’ tác giả Tào Văn Chiêu đã dùng phương pháp thống kê đo lường để nghiên cứu quy luật mòn của trục khuỷu động cơ SMD-14 với kích thước mẫu thử là 100. Còng nghiên cứu về vấn đề này năm 1981 tác giả Nguyễn Bình trong luận án phó tiến sỹ của mình tại Việt nam đã dùng phương pháp thống kê để khảo sát quy luật mòn của trục khuỷ động cơ D50. Với hai công trình nghiên cứu này các tác giả đã đưa đến kết luận cuối cùng là: số lớn động cơ hao mòn xảy ra đúng như biểu đồ tổng hợp lực gây hao mòn đã nêu trong các giáo trình về thiết kế động cơ đốt trong. Tuy vậy trong nhiều trường hợp do biến dạng khi lắp ghép, do tác động của tải trọng, do thay đổi tính chất vật liệu của trục và thân máy... quy luật mòn cổ trục có sai khác đôi chút so với lý thuyết. - 13 Năm 1984 đã có nghiên cứu về hao mòn các nhóm chi tiết chính động cơ Điezen ngành địa chất của tác giả Nguyễn Văn Bào [1]. Trong công trình nghiên cứu của mình tác giả có đề cập đến quy luật hao mòn nhóm các chi tiết chính ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ: xi lanh, trục khuỷu, mối lắp ghép xu páp- bạc dẫn hướng và đặc biệt trạng thái mòn của bộ đôi chính xác bơm cao áp. Tuy nhiên để đưa ra quy luật mòn các chi tiết chính nói trên tác giả đã phải khảo sát một số lượng động cơ khổng lồ, tháo rời từng chi tiết ma sát đo trực tiếp các bề mặt làm việc làm tốn rất nhiều thời gian, công sức và chi phí cho công việc này: ví dụ muốn khảo sát dạng mòn của xi lanh động cơ phải tháo rời đo trực tiếp 272 xi lanh các loại, khảo sát quy luật mòn của bộ đôi Pittôngxilanh bơm cao áp phải đo 492 bộ đôi Pittông bơm cao áp và 270 cặp van nén bơm cao áp của các động cơ điezen... Về chẩn đoán thiết bị đặc biệt động cơ đốt trong ở lĩnh vực nghiên cứu cũng như thực tế sản xuất ở nước ta không có nhiều. Trong lĩnh vực nghiên cứu, năm 2000 Viện nghiên cứu cơ khí đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học ‘Ứng dụng công nghệ thông tin trong giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị dùa trên kỹ thuật dao động’. Tuy nhiên do quy mô nhỏ của đề tài, mức độ nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc đánh giá ảnh hưởng của dao động đến tình trạng hoạt động của hệ thống thiết bị, đưa ra mô hình tổng quát cho các hệ thống giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị dùa trên kỹ thuật giám sát và chẩn đoán dao động máy. Chưa có các nghiên cứu sâu và cụ thể về ảnh hưởng của dao động cũng như các yếu tố khác (nhiệt độ, dầu bôi trơn, độ ồn...) đến tình trạng hoạt động của hệ thống thiết bị nói chung và động cơ đốt trong nói riêng. Năm 2004, Kỹ sư Nguyễn Hải Hà thuộc Viện nghiên cứu cơ khí với đề tài: ‘Nghiên cứu triển khai quy trình công nghệ kiểm soát, đánh giá tình trạng kỹ thuật của máy móc, thiết bị bằng phương pháp phân tích dao động, nhiệt độ và dầu bôi trơn’ đã đưa ra 3 tiêu chí đánh giá tình trạng thiết bị của Nhà máy giấy Bãi Bằng [3]. Với đề tài nghiên cứu của mình, lần đầu tiên tác giả áp dụng công nghệ chẩn đoán hiện đại để làm chủ các thiết bị trong dây truyền sản xuất của nhà máy giấy, tuy nhiên với các hạt mài mòn ra ở các chi tiết trong thiết bị chỉ được định lượng và xét xem có nằm trong giới hạn cho phép hay không từ đó đưa ra thời điểm thay dầu hợp lý mà không quan tâm đến nguyên nhân mài mòn không bình thường cũng như nguồn gốc các hạt mài mòn của các chi tiết. Ngoài ra với phương pháp trên tác giả cũng không đưa ra được hình dáng kích thước màu sắc các hạt mài mòn làm thiếu những thông tin cần thiết cho việc chẩn đoán ở mức độ sâu hơn.