xác định độ tin cậy trên cơ sở mòn của chày trên khuôn ép gạch ceramics nhà máy gạch mikado thái bình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên













LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY






XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY TRÊN CƠ SỞ MÒN
CỦA CHÀY TRÊN KHUÔN ÉP GẠCH CERAMICS
NHÀ MÁY GẠCH MIKADO THÁI BÌNH

NGUYỄN XUÂN ĐỈNH










THÁI NGUYÊN – 2010
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên












LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY TRÊN CƠ SỞ MÒN CỦA CHÀY TRÊN
KHUÔN ÉP GẠCH CERAMICS NHÀ MÁY GẠCH MIKADO THÁI BÌNH



Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Lớp: Cao học K1123.04.3898
Học Viên: NGUYỄN XUÂN ĐỈNH
HD Khoa học: TS. NGUYỄN ĐÌNH MÃN




Khoa sau Đại học





TS. Nguyễn Văn Hùng
Hướng dẫn khoa học

TS. Nguyễn Đình Mãn
Học viên





Nguyễn Xuân Đỉnh
Giám hiệu duyệt





THÁI NGUYÊN – 2010
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tác giả bày tỏ lòng biết ơn và kính trọng nhất tới Thầy giáo - TS.
Nguyễn Đình Mãn - Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật thuộc Đại học Thái
Nguyên, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi tận tình từ khi định hướng đề tài cho đến quá
trình viết và hoàn chỉnh luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám hiệu, Khoa đào tạo sau Đại học của
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn
thành luận văn.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Đảng ủy, Ban Giám hiệu, Khoa Cơ khí Trường Cao đẳng

Công nghiệp Thái Nguyên đã luôn giành sự quan tâm và những điều kiện thuận lợi nhất
giúp tôi hoàn thành luận văn đúng thời hạn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc, Lãnh đạo phân xưởng Cơ Điện nhà
máy gạch MIKADO Thái Bình đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả được khảo sát và đo độ
mòn của Chày trên khuôn ép gạch ceramics trực tiếp trên máy đồng thời tìm hiểu những
tài liệu, số liệu liên quan đến khuôn ép, máy ép và qui trình sản xuất gạch ceramics của
nhà máy.
Tác giả muốn được cảm ơn Lãnh đạo Công ty cổ phần thiết bị gốm sứ và khuôn ép
Foshan đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được tham quan, tìm hiểu qui trình sản xuất, sửa
chữa khuôn ép.
Tác giả xin gửi lời cám ơn đến Ban Giám đốc, phòng KCS Công ty 27 – Bộ Quốc
phòng đã tận tình giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu vật liệu làm Chày trên.
Tác giả cũng bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình, Anh em bạn bè, những người đã luôn
động viên, khích lệ, giúp tôi thêm ý chí, nghị lực và môi trường làm việc tốt nhất.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song luận văn chắc chắn không tránh khỏi những sai
sót, hạn chế. Kính mong nhận được sự chia sẻ và những ý kiến đóng góp quí báu của các
Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Tác giả


Nguyễn Xuân Đỉnh

- 1 -


1Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MỤC LỤC

Danh mục các kí hiệu chính……………………………………………………

4
Danh mục các bảng …………………………………………………………….
6
Danh mục các hình vẽ, đồ thị …………………………………………………
7
MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………
9
1. Tính cấp thiết của đề tài ………………………………………………………
9
2. Mục đí ch nghiên cứ u củ a đề tà i……………………………………………….
10
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ……………………………………
10
4. Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………………
11
5. Nội dung luận văn ……………………………………………………………
11
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU ĐỘ TIN CẬY TRÊN
CƠ SỞ MÒN CỦA KHUÔN ÉP GẠCH CERAMICS …………………………

12
1.1. Ý nghĩa của vấn đề độ tin cậy …………………………………………….
12
1.2. Các khái niệm cơ bản về trạng thái của đối tƣợng ……………………
13
1.2.1. Chất lượng của sản phẩm ……………………………………………
13
1.2.2. Hiệu quả ………………………………………………………………
13
1.2.3. Khả năng làm việc ……………………………………………………

13
1.2.4. Hỏng …………………………………………………………………
13
1.3.5. Hỏng dần dần ………………………………………………………….
13
1.2.6. Hỏng đột ngột …………………………………………………………
13
1.2.7. Trạng thái giới hạn ……………………………………………………
13
1.2.8. Tuổi thọ ……………………………………………………………….
13
1.3. Những yếu tố ảnh hƣởng đến độ tin cậy …………………………………
14
1.3.1. Phân theo loại ………………………………………………………….
14
1.3.2. Phân theo dạng biểu hiện ……………………………………………
14
1.3.3 . Phân theo quá trình tác dụng ………………………………………….
15
1.3.4. Phân loại theo nguyên nhân ……………………………………………
15
1.4. Độ tin cậy của chi tiết máy trên cơ sở mòn …………………………….
15
- 2 -


2Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.4.1. Quan điểm xác suất về hiện tượng mài mòn …………………………
15
1.4.2. Xác định các chỉ tiêu độ tin cậy theo thời gian hỏng do mòn ………

17
1.4.3. Xác định chỉ tiêu độ tin cậy theo các thể hiện mòn …………………… …………………………
18
1.4.4. Quan hệ giữa độ tin cậy và tốc độ mòn ………………………………
19
1.4.5. Quan hệ giữa độ tin cậy và cường độ mòn …………………………….
22
1.5. Máy ép và vấn đề về độ tin cậy trên cơ sở mòn khuôn ép gạch Ceramics
……
23
1.5.1. Cấu tạo chung của máy ép gạch thủy lực ………………………
24
1.5.2. Nguyên lý làm việc của máy ép gạch thủy lực ………………………
26
1.5.3. Cấu tạo chung của khuôn ép …………………………………………
28
1.5.4. Vật liệu chế tạo Chày trên ……………………………………………
34
1.5.5. Hiện tượng mòn khuôn ép gạch ceramics ……………………………
35
1.5.6. Khái quát tình nghiên cứu về độ tin cậy của khuôn ép gạch ceramics
37
1.6. Kết luận chƣơng 1 ………………………………………………………
38
Chương 2. XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY TRÊN CƠ SỞ MÒN CỦA CHÀY
TRÊN KHUÔN ÉP GẠCH CERAMICS TẠI CƠ SỞ SẢN XUẤT

39
2.1. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
39

2.2. Đo mòn Chày trên khuôn ép tại cơ sở sản xuất …………………………
39
2.2.1. Xác định vị trí đo ………………………………………………………
40
2.2.2. Sơ đồ đo …………………………………………………………………
41
2.2.3. Dụng cụ đo ……………………………………………………………
42
2.2.4. Đồ gá dụng cụ đo ………………………………………………………
42
2.2.5. Xác định lượng mòn giới hạn …………………………………………. ……………….………………………………
46
2.2.6. Các bước đo…………………………………………………………….
46
2.2.7. Thời điểm khảo sát……………………………………………………
47
2.2.8. Giới hạn khảo sát ………………………………………………………
47
2.2.9. Số lượng mẫu khảo sát ………………………………………………… …………………………………………………
47
2.2.10. Khử số liệu có chứa sai số thô ………………………………………
48
2.2.11. Kết quả đo mòn Chày trên tại cơ sở sản xuất ………………………
49
2.3. Phƣơng pháp xác định độ tin cậy của Chày trên khuôn ép gạch

- 3 -


3Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ceramis trên cơ sở mòn ………………………………………………………
52
2.4. Độ tin cậy của Chày trên khuôn ép gạch ceramic ………………………
62
2.4.1. Đồ thị hàm hồi qui lượng mòn theo thời gian ………………………….
62
2.4.2. Thời gian hỏng do mòn ………………………………………………
63
2.4.3. Đồ thị hàm mật độ phân phối Gauss và đồ thị hàm tin cậy …………
65
2.5. Chu kỳ thay thế của Chày trên khuôn ép gạch ceramis ………………
67
2.6. Kết luận chƣơng 2
68
Chƣơng 3: MỘT SỐ BIỆN PHÁP NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY
CỦA CHÀY TRÊN

69
3.1. Nâng cao độ tin cậy của Chày trên
69
3.1.1. Vật liệu chế tạo Chày trên ……………………………………………
69
3.1.2. Kết cấu của Chày ……………………………………………………
72
3.1.3. Vật liệu làm gạch
73
3.2. Kết luận chƣơng 3 ………………………………………………………
74
KẾT LUẬN CHUNG
75

ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………
76












- 4 -


4Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU CHÍNH

Kí hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị
D(X), σ
2
Phương sai của đại lượng ngẫu nhiên X

E(X)

Kỳ vọng toán của đại lượng ngẫu nhiên X

f (x)
Hàm mật độ phân phối của đại lượng ngẫu nhiên X

f(t)
Hàm mật độ phân phối tuổi thọ của sản phẩm

f(U)
Hàm mật độ phân phối lượng mòn

F(x)
Hàm mật độ phân phối xác xuất của đại lượng ngẫu nhiên X

h
0
Kích thước của mẫu tại thời điểm t

= 0
mm
h
t
Kích thước của mẫu sau thời gian thử mòn t
mm
H
i
Tần số của khoảng chia thứ i

I
u

Cường độ mòn đường

I
v

Cường độ mòn khối

S
m

Quãng đường ma sát

k
Số khoảng chia

K
s

Hệ số sẵn sàng

K
sd
Hệ số sử dụng kỹ thuật

P(T ≥ t)
Xác suất làm việc không hỏng của chi tiết trong khoảng thời
gian 0÷t

P[U(t)≤

U
gh
]
Xác suất để lượng mòn tại thời điểm t không lớn hơn lượng
mòn giới hạn

Q(t)
Xác suất hỏng

r
i
Tần suất của khoảng chia thứ i

R(t)
Hàm tin cậy (Xác suất làm việc không hỏng)

- 5 -


5Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
s
Số lượng các tham số của luật phân phối

t
Thời gian làm việc của chi tiết nghiên cứu
h
t
γ
Tuổi thọ gama phần trăm

T
Thời gian làm việc ngẫu nhiên không hỏng
h
T
tb
Thời gian làm việc trung bình đến khi hỏng
h
U
Lượng mòn kích thước
mm
U
’
Tốc độ mòn
Mm/h
U
gh
Lượng mòn giới hạn
mm
U
r
Độ mòn sau thời gian chạy rà
mm
V
r

Thể tích mòn do chạy rà
mm
3
V
’

Tốc độ thay đổi thể tích mòn
mm
3
/h
V
gh

Thể tích mòn giới hạn
mm
3

χ
2
Tiêu chuẩn kiểm tra luật phân phối chính xác của ĐLNN

Ф(…)
Hàm Laplace

λ
(t)
Cường độ hỏng


Kỳ vọng của đại lượng ngẫu nhiên

ν
Hệ số biến động

σ
Độ lệch tiêu chuẩn (độ lệch trung bình bình phương)

τ
Chu kỳ thay thế
h
Ω(t)
Kỳ vọng số lần hỏng trước thời điểm t






- 6 -


6Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT
Bảng số
Nội dung
Trang
1
1.1
Xác suất không hỏng của các dạng thể hiện mòn
khác nhau
21
2
2.1
Kết quả đo mòn của Chày trên khuôn ép gạch
ceramics

50
3
2.2
Thời gian hỏng do mòn của Chày trên
64
4
2.3
Kết quả xử lý số liệu tuổi tho t
i
của Chày trên
khuôn ép gạch ceramics
66
5
2.4
Bảng tra độ tin cậy theo thời gian của Chày trên
khuôn ép gạch ceramics
67

- 7 -


7Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
TT
Hình số
Nội dung
Trang
1
1.1
Hình ảnh dây chuyền sản xuất gạch ceramics
10
2
1.2
Quá trình mòn ngẫu nhiên và các hàm mật độ phân phối f(U), f(t)
16
3
1.3
Các thể hiện mòn tuyến tính và các mật độ f(U), f(t)
18
4
1.4
Những bộ phận chính của máy ép SACMI
24

5
1.5÷1.11
Nguyên lý làm việc của máy ép
26,27
6
1.12
Vị trí Chày trên, Chày dưới và Vanh ở trạng thái ép
28
7
1.13
Sơ đồ lắp đặt khuôn
30
8
1.14
Sơ đồ bố trí khuôn
31
9
1.15
Bản vẽ Chày trên
32
10
1.16
Hình ảnh Chày trên khuôn ép gạch ceramics 200 x 250
33
11
1.1.7
Ảnh nền kim loại (x 400) của vật liệu mép Chày trước tẩm thực
34
12
1.1.8

Ảnh nền kim loại ( x 100) của vật liệu mép Chày trước tẩm thực
34
13
1.19
Ảnh nền kim loại (x 40) của vật liệu mép Chày sau tẩm thực
35
14
1.20
Ảnh nền lim loại (x 100) của vật liệu mép Chày sau tẩm thực
35
15
1.21
Ảnh nền kim loại (x200) của vật liệu mép Chày sau tẩm thực
35
16
1.22
Ảnh nền kim loại (x400) của vật liệu mép Chày sau tẩm thực
35
17
2.1
Vị trí đo mòn Chày trên
40
18
2.2
Hình ảnh vùng mòn nhiều nhất trên bề mặt Chày trên và vị trí đo“M”.
41
19
2.3
Sơ đồ đo mòn Chày trên
41

20
2.4
Đồng hồ so Mitutoyo
42
21
2.5
Sơ đồ gá đặt đồ gá dụng cụ đo
43
22
2.6
Hình chiếu trục đo của đế đồ gá dụng cụ đo
43
- 8 -


8Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
TT
Hình số
Nội dung
Trang
23
2.7
Hình ảnh hệ thống đồ gá và dụng cụ đo
44
24
2.8
Hình ảnh đo mòn bề mặt Chày trên
45
25
2.9

Một thể hiện mòn được thay bằng 1 đường thẳng
52
26
2.10
Tuyến tính hoá 45 thể hiện mòn
53
27
2.11
Đồ thị hàm mật độ phân phối tuổi thọ mòn
53
28
2.12
Quan hệ giữa các hàm f(t) và hàm R(t) của phân phối
chuẩn
55
29
2.13
Quan hệ giữa các hàm f(t) và hàm R(t) của phân phối
Lôgarit chuẩn
57
30
2.14
Quan hệ giữa các hàm f(t) và hàm R(t) đối với phân phối
mũ
58
31
2.15
Quan hệ giữa các hàm f(t) và R(t) đối với phân phối
Gamma và Weibull
59

32
2.16
Quan hệ giữa các hàm f(t) và R(t) đối với phân phối
Gamma và Weibull
61
33
2.17
Quan hệ giữa các hàm f(t) và R(t) đối với phân phối Rơlei
62
34
2.18
Tuyến tính hóa các thể hiện mòn
63
35
2.19
Đồ thị hàm mật độ phân phối tuổi thọ mòn và đồ thị hàm
tin cậy của Chày trên khuôn ép gạch Ceramic
65
36
3.1
Ảnh bề mặt vật liệu mép Chày trên trước tẩm thực
70
37
3.2
Ảnh tổ chức tế vi của vật liệu mép Chày trên sau tẩm thực
70
38
3.3
Ảnh Chày trên khuôn ép 200 x 250 đang sửa chữa bằng
phương pháp hàn

71



- 9 -


9Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MỞ ĐẦU
1/ Tính cấp thiết của đề tài
Trong xu thế hội nhập và phát triển, theo đường lối mở cửa của Đảng và Nhà
nước, ngành sản xuất vật liệu xây dựng nước ta đã có những tiến bộ nhảy vọt, đặc
biệt là trong những năm gần đây. Các nhà máy, xí nghiệp, cơ sở sản xuất gạch ngói
đất sét nung đã mạnh dạn áp dụng công nghệ nung đốt bằng hệ lò sấy tuynen liên
hoàn, chế biến tạo hình bằng các thiết bị đồng bộ nhập từ châu Âu, do đó đã tạo ra
được các sản phẩm có chất lượng cao, có tính thẩm mĩ và có khả năng cạnh tranh
đáp ứng theo yêu cầu của thị trường.
Hiện nay, ngoài các sản phẩm gạch ngói đất sét nung và gạch lát hoa các loại,
chúng ta còn có các sản phẩm cao cấp khác như gạch ốp lát ceramics, gạch ốp lát
granite nhân tạo, sứ vệ sinh, kính xây dựng,…
Nhà máy gạch Mikado Thái Bình là một trong những nhà máy đi đầu trong
việc đầu tư vào kỹ thuật và công nghệ trong sản xuất gạch ceramics. Với dây
chuyền sản xuất đồng bộ, hiện đại nhập khẩu từ châu Âu (hình 1.1), nhà máy đã tạo
ra được sản phẩm có chất lượng với mẫu mã đa dạng được người tiêu dùng ưa
chuộng.
Tuy nhiên độ bền và giá thành của thiết bị nhập ngoại là một yếu tố có ảnh
hưởng trực tiếp đến lợi nhuận và sức cạnh tranh đối với các sản phẩm gạch
ceramics của nhà sản xuất, đặc biệt là khuôn ép. Nắm được độ tin cậy của khuôn ép
sẽ giúp cho nhà máy chủ động trong việc đầu tư khuôn ép dự phòng, đảm bảo sản
xuất liên tục, tránh sản xuất đình trệ đồng thời tiết kiệm được nguồn ngoại tệ để đầu

tư khuôn ép dự trữ, hơn thế nữa đây là cơ sở quan trọng trong việc nghiên cứu chế
tạo khuôn ép gạch ceramics, tiến tới tự sản xuất khuôn ép có chất lượng cao phục vụ
cho các nhà máy sản xuất gạch ốp lát hiện nay, đảm bảo tính ổn định cho sản xuất
và tăng nguồn thu ngân sách.
Chày trên của khuôn ép là một trong những chi tiết đặc biệt quan trọng của
khuôn. Độ bền, độ chính xác của Chày trên có ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng
của sản phẩm cả về độ chính xác cũng như yếu tố thẩm mĩ. Các dạng hỏng của
- 10 -


10Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Chày trên bao gồm: Do mòn, sứt mẻ, biến dạng hình dáng hình học …, trong đó
mòn là dạng hỏng chủ yếu của Chày trên. Ở trong trong nước cũng như trên thế giới
chưa có công trình nào nghiên cứu về độ tin cậy của Chày trên khuôn ép gạch
ceramics được công bố. Vì vậy tác giả lựa chọn đề tài:
“Xác định độ tin cậy trên cơ sở mòn của Chày trên khuôn ép gạch
ceramics” nhà máy gạch Mikado Thái Bình












2. Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Xác định độ tin cậy trên cơ sở mòn của Chày trên khuôn ép gạch ceramics
của nhà máy gạch Mikado Thái Bình.
- Xác định chu kỳ thay thế của Chày trên theo yêu cầu độ tin cậy đặt trước của
người sử dụng.
- Đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy của Chày trên.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu xác định được hàm độ tin cậy R(t) của Chày trên theo
thời gian là cơ sở quan trọng đối với việc tính toán thiết kế chế tạo khuôn ép đạt
chất lượng và nâng cao độ tin cậy của khuôn ép.

Hình 1.1 – Hình ảnh dây chuyền sản xuất gạch ceramics
- 11 -


11Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Xác định được chu kỳ thay thế của Chày trên khuôn ép gạch ceramics theo
yêu cầu về độ tin cậy của người sử dụng. Chọn đúng thời điểm thay thế có tác
dụng rất lớn trong việc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của lô gạch sản xuất, đồng thời
người sử dụng chủ động hoàn toàn về thời gian thay thế Chày trên, từ đó có kế
hoạch chuẩn bị dự trữ khuôn ép cũng như Chày trên.
- Trên cơ sở xác định độ tin cậy của Chày trên nhà chế tạo khuôn kiểm tra,
đánh giá được chất lượng khuôn, từ đó có biện pháp để nâng cao độ tin cậy của
khuôn ép.
- Kết quả của nghiên cứu có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các nhà
máy có điều kiện sản xuất tương tự.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
Nghiên cứu lý thuyết về độ tin cậy của chi tiết máy, lý thuyết xác suất thống kê

và quy hoạch thực nghiệm.
- Phương pháp thống kê:
Tiến hành đo lượng mòn của Chày trên theo các mốc thời gian tại nhà máy.
- Phương pháp xử lý số liệu thống kê:
Dùng phần mềm Matlab và các phần mềm máy tính để xử lý số liệu thống kê.
5. Nội dung luận văn
Nội dung chính của bản luận văn gồm 3 chương
Chương 1: Tổng quan về những nghiên cứu độ tin cậy trên cơ sở mòn của
khuôn ép gạch ceramics
Chương 2: Xác định ĐTC theo thời gian của Chày trên khuôn ép gạch
ceramics tại cơ sở sản xuất.
Chương 3: Một số biện pháp để nâng cao độ tin cậy của Chày trên
KẾT LUẬN CHUNG
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- 12 -


12Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU ĐỘ TIN CẬY TRÊN CƠ SỞ MÒN

CỦA KHUÔN ÉP GẠCH CERAMICS
1.1- Ý nghĩa của vấn đề độ tin cậy
Độ tin cậy là tính chất của đối tượng (chi tiết, bộ phận thiết bị, hệ thống…)
được thể hiện bằng xác suất đối tượng này hoạt động theo đúng chức năng yêu cầu
dưới một điều kiện nhất định trong một khoảng thời gian cho trước. Từ quan điểm
chất lượng, có thể định nghĩa độ tin cậy như là khả năng duy trì chức năng của một
đối tượng. Sự tin cậy có thể được nhìn nhận như thước đo của sự thực hiện thành
công của một sản phẩm. Độ tin cậy có thể được xem như một công cụ để đánh giá
chi tiết máy, máy và thiết bị.

Những sản phẩm kém chất lượng và không tin cậy dẫn tới những lãng phí cho
nền kinh tế quốc dân về vốn đầu tư, năng lượng, nguyên vật liệu cũng như sức lao
động xã hội sản xuất ra chúng. Trong những trường hợp nhất định những sản phẩm
thiếu tin cậy sẽ ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp gây tai họa cho tính mạng nhiều
người, thậm trí đe dọa uy tín và sự an toàn của nhiều quốc gia và còn để lại hậu quả
nặng nề cho hàng trăm năm sau.
Giải quyết vấn đề độ tin cậy trở thành một vấn đề có ý nghĩa hàng đầu, nhằm
khai thác một nguồn dự trữ lớn lao, nâng cao hiệu quả lao động, năng lực lao động
và sức sản xuất xã hội.
Việc nghiên cứu độ tin cậy đã làm xuất hiện một lĩnh vực mới của khoa học và
kỹ thuật bên cạnh các khoa học khác: Khoa học về độ tin cậy. Nhiệm vụ chủ yếu
của ngành khoa học này là nghiên cứu quá trình thay đổi các chỉ tiêu chất lượng của
sản phẩm theo thời gian, thiết lập các quy luật xuất hiện hỏng của đối tượng và
những phương pháp dự báo chúng. Đưa ra những phương pháp để nâng cao độ tin
cậy của sản phẩm khi thiết kế và chế tạo cũng như các biện pháp để duy trì độ tin
cậy trong thời gian bảo quản và sử dụng.
- 13 -


13Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.2- Các khái niệm cơ bản về trạng thái của đối tƣợng
1.2.1- Chất lượng của sản phẩm
Là tập hợp các tính chất qui định tính hữu ích của đối tượng đang xét nhằm
đảm bảo những yêu cầu nhất định, tùy theo mục đích sử dụng đặt ra cho nó. Một
trong những tính chất đó là độ tin cậy.
1.2.2- Hiệu quả
Là số đo chất lượng làm việc của đối tượng hoặc số đo tính hữu ích của việc
sử dụng đối tượng đó nhằm đáp ứng nhiệm vụ đã cho.
1.2.3- Khả năng làm việc
Là tính chất của đối tượng có thể hoàn thành các nhiệm vụ được giao và duy

trì được các giá trị thông số làm việc chủ yếu trong một giới hạn nhất định nào đó.
1.2.4- Hỏng
Là sự tổn thất toàn bộ hoặc một phần những tính chất của sản phẩm, làm mất
hoặc giảm thực chất khả năng làm việc của nó. Sự chuyển từ trạng thái làm việc
sang trạng thái không làm việc xảy ra khi sản phẩm bắt đầu xuất hiện hỏng.
1.2.5- Hỏng dần dần
Là hỏng xuất hiện cùng với sự suy giảm dần dần các thông số xác định chất
lượng, làm cho các thông số này vượt ra ngoài mức giới hạn cho phép. Hỏng dần
dần thường là do lão hóa, mài mòn hoặc ăn mòn.
1.2.6- Hỏng đột ngột
Là hỏng xuất hiện cùng với sự biến đổi đột ngột các thông số chất lượng nói trên.
1.2.7- Trạng thái giới hạn
Là trạng thái mà ở đó đối tượng không thể tiếp tục làm việc được nữa hoặc sự
làm việc tiếp tục của nó là không có lợi về mặt kỹ thuật, không hiệu quả và không
an toàn.
1.2.8- Tuổi thọ
Là khoảng thời gian làm việc tính theo lịch của đối tượng, từ khi bắt đầu bước
vào làm việc cho tới khi đạt trạng thái giới hạn. Đặc trưng này thường dùng cho
những đối tượng hoạt động liên tục hoặc cho những đối tượng chịu tác động
- 14 -


14Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
thường xuyên của tải trọng và môi trường, mà nguyên nhân làm mất khả năng
làm việc của đối tượng là ăn mòn, nhiệt độ.
Nếu không dùng thời gian tính theo lịch để đánh giá sự mất khả năng làm
việc, mà dùng tổng thời gian thực hiện nhiệm vụ của đối tượng kể từ khi bắt đầu
hoạt động cho tới khi đạt trạng thái giới hạn thì khoảng thời gian này được gọi là
tuổi thọ hữu ích.
1.3- Những yếu tố ảnh hƣởng đến độ tin cậy

Các sản phẩm kỹ thuật thường xuyên chịu tác động của các yếu tố gây
hỏng, đặc biệt là trong quá trình sử dụng. Các yếu tố đó làm suy giảm các tính
năng ban đầu của thiết bị và có thể gây ra những tác hại lớn. Những yếu tố ảnh
hưởng đó được phân theo loại, dạng biểu hiện, theo nguồn gốc và theo quá trình
tác động.

1.3.1- Phân theo loại

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy được phân thành các yếu tố kỹ thuật
và các yếu tố kinh tế - kỹ thuật.
a- Các yếu tố kỹ thuật là các quá trình vật lý khác nhau của sự hỏng. Các
quá trình đó dẫn tới sự biến đổi về kích thước, hình dáng, về quan hệ hình học
tương đối giữa các bộ phận, về chất lượng bề mặt hoặc về những tính chất khác
của sản phẩm.
b- Các yếu tố kinh tế - kỹ thuật là các yếu tố làm giảm giá trị của sản phẩm
kỹ thuật, do tiến bộ khoa học kỹ thuật tạo ra những sản phẩm mới, có năng xuất
cao hơn, chất lượng tốt hơn, … yếu tố kinh tế - kỹ thuật không làm giảm thông
số làm việc hay tính chất sử dụng, nó chỉ làm cho sản phẩm trở nên lỗi thời.

1.3.2- Phân theo dạng biểu hiện

Về mặt hình thức biểu hiện, các yếu tố gây hỏng được chia thành 3 nhóm:
Hỏng dần dần, quá tải và lão hóa. Hỏng dần dần thường là do lão hóa, mài mòn
hoặc ăn mòn. Đây là những yếu tố không thể loại trừ được, kể cả khi tuân thủ
một cách chặt chẽ qui trình sử dụng khai thác.
- 15 -


15Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
a- Sự quá tải thường xảy ra do sử dụng sai qui định, hoặc do sự hỏng dần dần

gây ra khiến tải trọng tăng lên vượt quá giá trị giới hạn, nó trực tiếp dẫn đến hỏng
hoặc làm tăng quá trình hỏng dần dần.
b- Sự lão hóa là quá trình biến đổi trong vật liệu, làm thay đổi độ bền. Nó chỉ
được coi là các yếu tố gây hỏng khi nó xuất hiện ngoài quá trình công nghệ chế tạo.

1.3.3 - Phân theo quá trình tác dụng

Xét theo khoảng thời gian tác dụng là nhanh hay chậm mà có thể có các yếu
tố gây hỏng dần dần hoặc hỏng đột ngột.

1.3.4- Phân loại theo nguyên nhân


Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy có thể phân theo nguồn gốc sinh ra chúng:
a- Nguyên nhân khách quan gây ra hỏng là nguyên nhân bên ngoài, không thể
biết trước, như tác động của môi trường, điều kiện sử dụng, sự không hoàn hảo của
thiết bị công nghệ trong chế tạo, sửa chữa, …
b- Nguyên nhân chủ quan là nguyên nhân do sai lầm chủ yếu của con người
trong quá trình thiết kế và quá trình công nghệ chế tạo, vi phạm các qui trình về sử
dụng hoặc sơ suất trong thao tác, …
1.4 Độ tin cậy của chi tiết máy trên cơ sở mòn [7], [10], [12], [15], [17]
1.4.1- Quan điểm xác suất về hiện tượng mài mòn
Mài mòn của cặp ma sát là nguyên nhân chủ yếu dẫn tới sự hỏng dần dần của
đa số các cơ cấu máy. Diễn biến của quá trình mòn trong thời gian làm việc phụ
thuộc vào một loạt các nhân tố ảnh hưởng, chủ yếu là :
- Sự tương tác giữa các bề mặt tiếp xúc, tải trọng, tốc độ chuyển động tương
đối, độ nhám bề mặt, những tính chất đàn hồi và dẻo của lớp bề mặt.
- Các tính chất của kết cấu, công nghệ và điều kiện khai thác.
Chúng không những tác động đồng thời mà còn ảnh hưởng lẫn nhau. Do đó
kết quả quan sát được, chẳng hạn sự biến đổi lượng mòn theo thời gian, có thể nhận

dạng này hay dạng khác không biết trước. Kết quả quan sát đó chỉ là một thể hiện
của quá trình mòn ngẫu nhiên. Tất cả các thể hiện nhận được nhờ những quan
sát
khác nhau, quá trình mài mòn trên các cặp ma sát đồng loại, dưới cùng một điều
kiện làm việc tạo thành tập mẫu thể hiện của quá trình ngẫu nhiên.
- 16 -


16S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
Nh vy, lng mũn ca cỏc cp ma sỏt ng loi ú c c trng bng
mt h ng cong U(t), trong ú mi ng cong (hay mi th hin) cú mt xỏc
sut nht nh, ng vi iu kin ó cho. Cú 2 vn cn quan tõm l:
Thi im cỏc ng cong mũn vt quỏ ng thng U = U
gh

(U
gh
l
lng mũn gii hn).
Xỏc sut lng mũn mt thi im xỏc nh khụng ri vo mt
min cho trc.

Hỡnh 1.2 biu din mt quỏ trỡnh mũn ngu nhiờn ca cỏc cp ma sỏt ng
loi, di cựng mt iu kin lm vic. thi im c nh t = const, tung cỏc
th hin hay lng mũn thi im y l i lng ngu nhiờn. i lng ny cú
mt phõn phi f(U). Cũn lng mũn c nh chng hn U= U
gh
= const,
honh cỏc th hin y chớnh l tui th ca cp chi tit - ú l mt i lng
ngu nhiờn. i lng ny cú phõn phi l f(t).

Nu U
gh
l lng mũn cho phộp, thỡ s kin hng xy ra khi lng mũn
trong khai thỏc vt quỏ giỏ tr gii hn y. Nh vy din tớch phn gch chộo
di ng cong f(U) chớnh l xỏc sut khụng xy ra h hng thi im t
1
;
cũn din
tớch phn hỡnh gch chộo di ng cong f(t) chớnh l xỏc sut trc
thi im t
1
khụng xy ra h hng hay l xỏc sut tui th ngu nhiờn T ly giỏ tr
f(t)
f(t)
P(Tt1) với U=Ugh
U
0
0
Lựơng mòn

Thời gian làm việc
t
t1
f(U)
0
U
t
Mật độ phân phối mòn
f(U) với t = t1
P(UUgh)
Ugh
Mật độ p.p tuổi thọ

Hỡnh 1.2- Quỏ trỡnh mũn ngu nhiờn v cỏc hm mt phõn phi f(U), f(t)


- 17 -


17Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
không nhỏ hơn một số t
1
cho trước. Từ hai phân phối đó có thể rút ra những kết luận
tương đương. Độ tin cậy của cặp ma sát tại thời điểm t
1
được xác định bằng xác suất
làm việc không hỏng tính theo lượng mòn hay theo thời gian làm việc như sau:

(1.1)

1.4.2- Xác định các chỉ tiêu độ tin cậy theo thời gian hỏng do mòn
Để xác định các chỉ tiêu độ tin cậy của nhóm chi tiết bị mài mòn có thể tiến
hành theo hai cách:
- Đánh giá những quy luật thay đổi tính chất vật lý trong quá trình hư hỏng.
- Đánh giá các thông tin về thời gian hỏng hoặc về quá trình mài mòn nhờ
phương pháp thống kê toán học.
Theo cách thứ nhất, ảnh hưởng của các yếu tố chủ yếu đến độ tin cậy cần biết
được bằng con đường giải tích, dựa trên kết quả nghiên cứu các quá trình cơ lý, hoá
lý, nhiệt điện và sự cân bằng năng lượng. Nhưng do tính phức tạp của quá trình biến
đổi tính chất của cặp chi tiết và tính đa dạng của các nhân tố ảnh hưởng thường
không cho phép tìm ra một nghiệm kín.
Theo cách thứ hai, có thể đánh giá các chỉ tiêu độ tin cậy theo thời gian hỏng
và theo các thể hiện mòn qua kết quả thử nghiệm, đo đạc, Vì vậy trong thực tế
phân tích độ tin cậy, người ta thường áp dụng cách này.
Khi xác định độ tin cậy theo thời gian hỏng, điều cần thiết là có số liệu thống
kê về thời gian hỏng. Việc thu thập các số liệu ấy là nhiệm vụ quan trọng hàng đầu.
Nó liên quan tới mức độ chính xác của những kết luận được rút ra từ đó. Có số liệu
về thời gian hỏng sẽ xác định được luật phân phối của chúng.
Sau khi biết luật phân phối thời gian hỏng, các chỉ tiêu độ tin cậy của cặp chi
tiết hoàn toàn được xác định. Nhược điểm của cách đánh giá độ tin cậy theo thời
gian hỏng là ở chỗ, nó không cho biết mỗi quan hệ giữa các tham số của phân phối
với các thông số kết cấu cũng như các thông số làm việc của cặp ma sát. Vì vậy
không cho phép rút ra những kết luận về tính chất vật lý của quá trình hư hỏng, tức
R(t
1
) = P[U(t
1
)  U
gh
] hay R(t

1
) = P(T  t
1
)
- 18 -


18Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
là khó có thể đưa ra những biện pháp hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy của cặp chi
tiết đang xét. Đánh giá độ tin cậy theo các thể hiện mòn do đó tỏ ra thích hợp hơn.
1.4.3- Xác định chỉ tiêu độ tin cậy theo các thể hiện mòn
Các đại lượng đo được đặc trưng cho quá trình mòn thường là lượng mòn kích
thước, tốc độ mòn, thể tích mòn, cường độ mòn và mật độ năng lượng ma sát. Xác
định độ tin cậy theo các thể hiện mòn là tìm mối quan hệ hàm số giữa các đặc trưng
trên với thời gian khai thác.
Trong đa số trường hợp, sau thời kỳ chạy rà tốc độ của quá trình mòn có kỳ
vọng và phương sai là các hằng số. Nói cách khác, các thể hiện mòn được coi là
đường thẳng có hệ số góc (tốc độ mòn) bằng U’ (hình 1.3).
Như vậy mô hình của một thể hiện mòn được biểu diễn bởi quan hệ tuyến
tính: U(t) = U
r
+ U’t

(1.2)
Trong đó U
r
là độ mòn sau thời gian chạy rà, U’

là tốc độ mòn. Hoặc nếu
không kể thời kỳ chạy rà, vì thời kỳ đó quá ngắn so với toàn bộ thời gian phục vụ ta có:

U(t) = U’t (1.3)
Quá trình mòn ngẫu nhiên với thời gian liên tục và phổ thực hiện liên tục như
vậy được quan niệm là quá trình Gauss.
f(U)
f(t)
f(t)khi
U=U
gh
U
P(T  t
2
)
t
U
0
t
1
t
2
f(U)
P(U  U
gh
)
E(U)= E(U
r
)+ E(U’)t
U
gh
0
0

t
E(U
r
)
f(U
r
)
f(U)
f(t)
f(t)khi
U=U
gh
U
P(T  t
2
)
t
U
0
t
1
t
2
f(U)
P(U  U
gh
)
E(U)= E(U
r
)+ E(U’)t

U
gh
0
0
t
E(U
r
)
f(U
r
)

Hình 1.3- Các thể hiện mòn tuyến tính và các mật độ f(U), f(t)
- 19 -


19Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.4.4- Quan hệ giữa độ tin cậy và tốc độ mòn
Giả sử sau thời gian sử dụng t = t
2
lượng mòn có mật độ f(U), được biểu diễn
trên hình 1.3. Xét ở thời điểm ấy các thể hiện đạt được và vượt mức giới hạn U
gh

như thế nào?
Nếu lượng mòn có phân phối chuẩn, với U
r
= 0 thì hàm mật độ có dạng
f(U) =








(U)2
E(U)]U
exp
(U)2
1
2
2
σ
σπ
(1.4)
Hàm mật độ của tốc độ mòn có dạng:
f(U’) =









)'U(2
)]'U(E'U
exp

)'U(2
1
2
2
(1.5)
Xác suất không hỏng của cặp chi tiết ở thời điểm t là xác suất để lượng mòn ở
thời điểm đó không vượt giá trị giới hạn, tức là :
R(t) = P[U(t)  U
gh
] (1.6)
Nếu lượng mòn có mật độ phân phối tuân theo luật chuẩn thì xác suất không
hỏng bằng:
R(t) =
dU
U
)U(2
)]U(EU[
exp
)U(2
1
gh
2
2













(1.7)
Xác suất này có số đo bằng diện tích phần hình dưới đường cong f(U) với các
giá trị giới hạn tương ứng (phần gạch chéo trên hình 1.3).
Một cách tổng quát, có thể xét hình (1.3). Khi đó lượng mòn do chạy rà U
r
và
tốc độ mòn U’ được xem như các đại lượng ngẫu nhiên độc lập với nhau. Lượng
mòn do chạy rà, như kết quả nghiên cứu đã chỉ ra, có thể coi như có phân phối
chuẩn. Còn tốc độ mòn cũng tuân theo phân phối chuẩn khi cho rằng, các nhân tố
ảnh hưởng đến quá trình mòn là độc lập với nhau và tốc độ mòn của cặp chi tiết là
tổng các tốc độ mòn do riêng từng nguyên nhân tác dụng gây ra. Ta biết rằng, hàm
tuyến tính của các biến ngẫu nhiên phân phối chuẩn cũng phân phối chuẩn. Do đó
kỳ vọng lượng mòn bây giờ bằng:
E(U(t)) = E(U
r
) + E(U'

)t (1.8)
và phương sai : D(U(t)) = D(U
r
) + D (U')t
2
(1.9)
- 20 -

20Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Với giả thiết U có phân phối chuẩn ở thời điểm t, ta có hàm mật độ tuổi thọ:
f(t) =















2
r
2
ghr
2
3
2
r
rrgh
t)'U(D)U(D
]Ut)'U(E)U(E[

2
1
exp
]t)'U(D)U(D[2
)U(D)'U(Et)'U(D)]U(EU[
(1.10)
Xác suất không hỏng và xác suất hỏng tương ứng bằng :
R(t) = P(T  t) =


t
f(t)dt
Q(t) = P(T < t) =


t
f(t)dt
Thay f(t) từ (1.9) vào các biểu thức này, ta được :
R(t) = 










2

r
gh
r
t)'U(D)U(D
Ut)'U(E)U(E
(1.11)
Q(t) = 










2
r
gh
r
t)'U(D)U(D
Ut)'U(E)U(E
(1.12)
Trong đó hàm  ( ) là hàm Laplace.
Tương tự, nếu thể hiện cho bởi thể tích mòn, ta có :
R(t) = 











2
r
ghr
t)'V(D)V(D
Vt)'V(E)V(E
(1.13)
Q(t) = 










2
r
gh
r
t)'V(D)V(D
Vt)'V(E)V(E

(1.14)
Trong đó:
+ V
r
là thể tích mòn do chạy rà ;
+ V’ là tốc độ thay đổi thể tích mòn ;
+ V
gh
là thể tích mòn giới hạn.
Bảng 1.1 sau đây cho biết độ tin cậy của cặp chi tiết ứng với các dạng thể hiện
mòn khác nhau [7], [11], [14], [16]. Thực tế thường gặp các mô hình 1 và 3, còn các
mô hình 2 và 4 là những trường hợp đặc biệt.
- 21 -


21Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
3
4
Bảng 1.1. Xác suất không hỏng của các dạng thể hiện mòn khác nhau

E[U(t)] = E(U
r
) + E(U’)t
D[U(t)] = D(U
r
) + D (U’)t
2

R(t) = 1- 











2
r
gh
t)'U(D)U(D
Ut)'U(E)U(E
r



E[U(t)] = E(U’)t ; E(U
r
) = 0
D[U(t)] = D(U’)t
2
;

D(U
r
) = 0
R(t) = 1- 










2
gh
t)'U(D
Ut)'U(E



E[U(t)] = U
r
+ E(U’)t ; E(U
r
)= U
r
=
const
D[U(t)] = D(U’)t
2
; D(U
r
) = 0
R(t) = 1 - 










2
gh
t)'U(D
Ut)'U(E)U(E
r



E[U(t)] = E(U
r
) + U’t; E(U’)= U’

= const
D[U(t)] = D(U
r
) ; D(U’) = 0
R(t) = 1 - 








 
)U(D
Ut'U)U(E
r
gh
r








2
Ugh
0
E(Ur)
t

Ugh
0
t
E(Ur)

Ur = 0
0

Ugh
t

Ugh
0
E(Ur)
t

- 22 -


22Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.4.5- Quan hệ giữa độ tin cậy và cường độ mòn
Trong một số trường hợp, người ta biết các đặc trưng khác của sự mài mòn.
Đó là cường độ mòn đường:
I
U
=
m
S
U
(1.15)
Hoặc cường độ mòn khối : I
v
=
m
S
V
(1.16)
Trong đó: I

U
- cường độ mòn đường ; I
v
- cường độ mòn khối ; U - lượng mòn
kích thước; V - thể tích mòn; S
m
- quãng đường ma sát.
Trong tính toán về mòn, cường độ mòn đường thường được dùng nhiều hơn.
Ký hiệu v
m
là tốc độ trượt, công thức định nghĩa (1.15) có thể viết dưới dạng khác:
I
U
= U’/ v
m
(1.17)
Trong đó U’ là tốc độ mòn.
Khi thay U’ = I
U
.v
m
vào (1.11) và (1.12) ta được xác suất không hỏng:
R(t) = 











2
mr
gh
mr
t)v.I(D)U(D
Ut)v.I(E)U(E
U
U
(1.18)
và xác suất hỏng: Q(t) = 












2
m
U
r
gh

m
U
r
t)v.I(D)U(D
Ut)v.I(E)U(E
(1.19)
Nếu E(U
r
) = 0 và U
gh
>>U
r
, xác suất không hỏng và xác suất hỏng có dạng:
R(t) = 









2
m
U
gh
m
U
t)v.I(D

Ut)v.I(E
(1.20)
Q(t) = 









2
m
gh
m
t)v.I(D
Ut)v.I(E
U
U
(1.21)
Từ đó có thể xác định được thời gian làm việc ứng với các xác suất cũng như
các đặc trưng mòn đã cho. Với v
m
= const, theo 1.18 ta có tuổi thọ %:
t
 =
)]I(Dx)I(E[v
U
UUm

gh


(1.22)