nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ẩm đến mòn cặp ma sát chổi than và cổ góp của động cơ điện trong máy công cụ

-

1
-
MỞ ĐẦU
I.Lý do chọn đề tài
Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm - gió mùa của Việt Nam, các thiết
bị sử dụng trong trong công nghiệp nói chung và trong nghành cơ khí nói
riêng chịu ảnh hưởng rất lớn của độ ẩm không khí đến chất lượng sản phẩm
cũng như độ chính xác. Đặc biệt là thiết bị điều khiển số tích hợp công nghệ
cao như máy CNC, Rôbốt, trung tâm gia công và các máy công nghiệp
khác. Các thiết bị này được tích hợp các hệ cơ điện tử ở mức độ hiện đại
hóa khác nhau, chúng đều sử dụng động cơ Secvo DC và AC. Trong đó một
số động cơ điện DC có sử dụng chổi than & cổ góp. Cặp ma sát chổi than &
cổ góp là một trong những bộ phận cấu thành quan trọng quyết định tuổi
thọ và độ tin cậy của động cơ Secvo DC.
Trên thế giới đã có các nghiên cứu về vấn đề tính năng ma sát của chổi
than & cổ góp của động cơ điện. Tuy nhiên những năm gần vấn đề tuổi thọ,
độ tin cậy của máy móc thiết bị ngày càng được các nhà khoa học nghiên
cứu nhiều, xác định và đưa ra ứng dụng. Phân tích nguyên nhân hỏng hóc,
sự cố của các máy và hệ thống máy đã chỉ ra rằng 85% trường hợp xảy ra là
do nguyên nhân mòn các mối ghép làm việc của cặp ma sát, đặc biệt là
trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm. Hiện nay ở Việt nam vấn đề tính năng
ma sát của chổi than & cổ góp của động cơ điện chưa được nghiên cứu.
Chính vì vậy đề tài của luận án đã chọn hướng nghiên cứu là “ Nghiên cứu
ảnh hưởng của nhiệt ẩm đến mòn cặp ma sát chổi than & cổ góp của
động cơ điện trong máy công cụ ”. Đó là cụm chi tiết quan trọng của động
cơ điện DC có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ và độ tin cậy của máy công cụ và
máy CNC. Phù hợp với định hướng nghiên cứu mòn của cặp vật liệu chổi
than & cổ góp đang được nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới

quan tâm, đặc biệt dưới tác động của môi trường để đảm bảo phát triển bền
vững.
II. Mục đích nghiên cứu của luận án
Luận án tập trung nghiên cứu về mòn của cặp chổi than & cổ góp trong
động cơ điện DC được sử dụng trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm của
Việt nam. Nhiều công trình trên thế giới cũng đã bước đầu khẳng định ảnh
hưởng rõ ràng của độ ẩm tới cơ chế mòn của cặp ma sát nhưng chưa xác
định được tính quy luật của ảnh hưởng. Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của
hai thông số cơ bản là nhiệt độ và độ ẩm tương đối trong vùng đặc trưng
của khí hậu Việt nam tới lượng mòn của cặp vật liệu chổi than & cổ góp.
Thông qua việc nghiên cứu mòn của cặp vật liệu chổi than & cổ góp, đề
tài sẽ tính được tuổi thọ và độ tin cậy của động cơ DC. Từ đó xác định được
sự phụ thuộc tuổi thọ dự kiến của cặp chổi than & cổ góp trong động cơ

-

2
-
điện DC vào sai lệch của độ ẩm tương đối và nhiệt độ so với giá trị trung
bình của khí hậu Việt nam. Đề tài cũng hướng tới mục đích là xác định tuổi
thọ của chổi than & cổ góp trong điều kiện ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm
tương đối, cường độ dòng điện thay đổi, dự đoán khả năng thay thế chổi
than, bảo dưỡng sửa chữa phục hồi cổ góp.
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là cặp chổi than & cổ góp thông dụng, phổ biến
trên thị trường. Chổi than có ký hiệu 417 của Makita – Trung Quốc, cổ góp
loại 32 lam của Makita – Trung Quốc. Đây là loại chổi than được thay thế
khá nhiều trong bảo dưỡng và thay thế phụ tùng của động cơ điện DC.
Phạm vi nghiên cứu luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của
đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa là nhiệt độ, độ ẩm tương đối và cường

độ dòng điện đến mòn của cặp chổi than & cổ góp, đảm bảo lượng mòn khi
chịu tác động của độ ẩm tương đối và nhiệt độ có giá trị đo được trong
khoảng thời gian ngắn nhất, nằm trong phạm vi đàn hồi của cặp ma sát.
IV.Phương pháp nghiên cứu
Lý thuyết:
Nghiên cứu tính năng ma sát, mòn của bề mặt ma sát chổi than & cổ
góp. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ, độ ẩm tương đối,
cường độ dòng điện đến mòn của cặp chổi than & cổ góp.
Thực nghiệm:
Tổ chức quy hoạch thực nghiệm xác định các ảnh hưởng thông số lượng
mònU & cường độ dòng điện I đến tính năng ma sát và mòn của cặp ma sát
chổi than & cổ góp trong điều kiện khí hậu nhiệt ẩm Việt Nam.
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Kết quả nghiên cứu mòn của cặp vật liệu chổi than & cổ góp động cơ
điện DC sử dụng trong máy công cụ dưới điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm
Việt nam sẽ đánh giá mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm tương đối đến
độ tin cậy và tuổi thọ của cặp vật liệu chổi than & cổ góp. Có thể đưa ra
tuổi thọ dự kiến của cặp vật liệu chổi than & cổ góp trong động cơ điện DC
với điều kiện làm việc ở Việt nam cũng như có thể xác định tuổi thọ, tùy
thuộc vào độ tin cậy. Trong thực tế vận hành máy công cụ nói chung và
động cơ điện DC nói riêng, tùy thuộc vào mức độ yêu cầu làm việc cụ thể
hoặc trong những điều kiện phải chọn độ tin cậy khác nhau thì tuổi thọ khác
nhau. Việc đánh giá tuổi thọ và độ tin cậy cặp vật liệu chổi than & cổ góp
động cơ điện DC trong máy công cụ hoàn toàn phù hợp với định hướng
nghiên cứu của các công trình đánh giá độ tin cậy thiết bị máy móc. Đề tài
luận án có tính thực tiễn và tính thời sự cao do phần lớn các máy công cụ
vạn năng và máy điều khiển số hiện nay sử dụng ở Việt nam đều có nguồn

-

3
-
gốc nhập khẩu từ các nước và các vùng kinh tế, với độ chính xác và chất
lượng khác nhau.

VI. Kết quả nghiên cứu
Đề tài đã xác định lượng mòn cặp vật liệu chổi than & cổ góp của động
cơ điện DC trong điều kiện nhiệt ẩm khi thay đổi cường độ dòng điện. Số
liệu và kết quả tính toán về ảnh hưởng của độ ẩm tương đối, nhiệt độ và
cường độ dòng điện trong điều kiện phòng thí nghiệm đến cường độ mòn
bước đầu cho thấy nó có ảnh hưởng đáng kể. Các thí nghiệm cũng đã đưa ra
được các giá trị cụ thể về sự phụ thuộc của cường độ mòn theo nhiệt độ, độ
ẩm tương đối và cường độ dòng điện. Xác định được tuổi thọ của chổi than,
cổ góp theo lượng mòn giới hạn cùng với độ tin cậy khác nhau trong điều
kiện nhiệt ẩm Việt Nam và chu kỳ thay thế chổi than, cổ góp. Đề xuất một
số biện pháp nâng cao tuổi thọ và độ tin cặp vật liệu chổi than & cổ góp
trong điều kiện khí hậu đặc thù Việt nam.
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CẶP MA SÁT CHỔI
THAN & CỔ GÓP CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG MÁY CÔNG CỤ
1.1 Tổng quan động cơ điện dùng trong máy công cụ
Các máy công cụ truyền thống động cơ điện một chiều có chổi than và
cổ góp được dùng phổ biến trong các chuyển động quay vô cấp. Như trong
máy mài tròn ngoài (3A151, 3A161, 3Ƃ151, 3Ƃ161, 3K12, 3Ƃ12, 3A150)
thì động cơ DC được dùng cho chuyển động quay của chi tiết.Trong máy
mài tròn ngoài tốc độ động cơ điện một chiều được thay đổi vô cấp phụ
thuộc vào đường kính của chi tiết mài, chiều sâu cắt t và lượng chạy dao.
Trong các máy CNC hiện đại, động cơ điện DC Servo được dùng trong
chuyển động chạy dao và thay dao. Đối với động cơ điện một chiều DC,
cụm chi tiết chổi than – cổ góp là một trong những bộ phận quan trọng ảnh
hưởng trực tiếp đến khả năng phục vụ của động cơ. Chổi than – cổ góp yêu

cầu phải truyền tải được dòng điện trong điều kiện có ma sát trượt ở tốc độ
thay đổi.Trong điều kiện làm việc thực tế khác nhau như nhiệt độ cao, độ
ẩm cao, bụi bẩn…vv vấn đề ma sát, mòn của chổi than - cổ góp ảnh hưởng
không nhỏ đến hoạt động bình thường của động cơ điện.
1.2 Vật liệu chổi than & cổ góp
Chổi than
Chổi than là một phần tử điện để tạo nên sự tiếp xúc điện giữa phần
đứng yên và phần quay của máy điện. Các loại chổi than gồm: chổi than

-

4
-
Carbon Graphit, chổi than điện nhiệt luyện, Chổi than Graphit kim loại,
Chổi than Graphit. Một số hình ảnh của chổi than










Hình 1.1 Các loại chổi than
Cổ góp
Cổ góp và chổi than có nhiệm vụ đưa điện vào hoặc lấy điện ra dây quấn
roto của máy điện thông qua tiếp xúc trượt giữa chổi than và bề mặt cổ góp.
Vật liệu làm cổ góp thường là đồng có nhãn hiệu M1 và M0.Để cải thiện

các tính chất của đồng cổ góp như độ bền, khả năng chịu nhiệt dùng đồng
hợp kim như đồng – bạc, đồng – magie, đồng – cadmi, đồng – crom, đồng –
zizini.
1.3 Tình hình nghiên cứu cổ góp &chổi than trên thế giới và Việt nam
Trên thế giới, nhiều nhà khoa học đã công bố các công trình nghiên cứu
về cổ góp & chổi than như chế tạo cổ góp điện (1823), chế tạo cổ góp cho
động cơ điện một chiều của nhà khoa học Eric Laithwaite, chế tạo chổi than
cho thang máy (1995). Mới đây nhất là các nghiên cứu của Giáo sue
Andrzej (2002) nghiên cứu về thuộc tính sóng bề mặt chổi than&cổ góp,
mối quan hệ giữa bề mặt cổ góp&chổi than đến quá trình mòn và nghiên
cứu của HUZhong – liang (2008)về thuộc tính mòn của chổi than Cacbon
điện trở suất cao trong điều kiện độ ẩm thay đổi.
Ở Việt nam, nhiều nhà khoa học cũng đang chú ý quan tâm đến cải tiến
hệ thống truyền động điện, nâng cao hiệu suất động cơ điện, chế tạo động
cơ điện như đề tài khoa học nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy điện một
chiều công suất 200kW(2008) và một số công trình khác.
Kết luận chương I
Trong chương 1, luận án đã phân tích vai trò của cổ góp chổi than của
động cơ điện một chiều sử dụng trong máy công cụ, phân tích tình hình
nghiên cứu và các công trình đã được công bố của các nhà khoa học trên
thế giới, Việt nam về ma sát, mòn của cặp chổi than & cổ góp trong động

-

5
-
c in mt chiu. Vi mc tiờu nõng cao tui th v tin cy ca chi
than c gúp trờn c s mũn trong iu kin Vit nam, lun ỏn ó ỏp ng
c ũi hi cp thit ca cụng nghip ch to ng c in DC v yờu cu
vn hnh, sa cha bo dng ng c DC núi chung v c gúp núi riờng.

CHNG 2: C S Lí THUYT MA ST, MềN C GểP &CHI
THAN
2.1 Mt s phng phỏp tớnh mũn
Mũn xy ra trong vựng tip xỳc gia cỏc b mt ma sỏt, cỏc liờn kt
ma sỏt ni din ra cỏc tỏc ng tng h mnh. Cỏc liờn kt ma sỏt ny tp
trung thnh din tớch tip xỳc thc ca cp ma sỏt. Trong ch tnh ca
mũn, din tớch tip xỳc thc khụng thay i theo thi gian. Khi xut hin
chuyn ng trt cỏc liờn kt ma sỏt tn ti b phỏ hy v lm ny sinh cỏc
liờn kt mi vi giỏ tr ng kớnh trung bỡnh ca vt tip xỳc tng ng.
S lng cỏc liờn kt ny ph thuc vo chu k ti trng. c trng v mụ
ca quỏ trỡnh mofnlaf cng mũn I
h
(khụng th nguyờn). Nú cú th xỏc
nh theo kớch thc thay i, hay theo khi lng vi cỏc tớnh toỏn hỡnh
hc ca ma sỏt theo cỏc cụng thc:
Theo th tớch: I
h
=V/(A
t
.L) (2.1)
Theo kớch thc: I
h
=h/L (2.2)
Theo khi lng I
h
=/ . G/(A
a
.L) (2.3)
Trong ú: A

t
din tớch b mt ma sỏt ca chi tit; =A
a
/A
t
t s
din tớch tip xỳc dang ngha v tip xỳc thc; - khi lng riờng ca vt
liu mũn.
Ngoi ra cũn mt s phng phỏp khỏc: tớnh cng mũn cp ma sỏt
theo thc nghim, tớnh mũn theo nng lng, tớnh mũn theo bn nhit.vv
Cỏc thớ nghim ó xỏc nh cng mũn kớch thc ca cỏc vt liu
núi chung nm trong khong I
h
=10
-3
10
-13

2.2 Phng phỏp tớnh toỏn ma sỏt, mũn theo thuyt c phõn t
Lý thuyết ma sát cơ phân tử Kragelsky xây dựng đã cho cách giải
thích phù hợp nhất về tơng tác giữa các vật thể rắn tại điểm tiếp xúc
ma sát. H s ma sỏt c tớnh theo cụng thc:

12
12
1
12
1
12
12

1
12
2
.
2
19,0
.
.2
0
12
2
2
1

cT
dh
vf
c
P
k
K
P
k
f
(2.4)

-

6
-
Trong ú: N: ti trng phỏp tuyn;

: h s tr khi trt;
0
: sc bn ca
liờn kt phõn t; : h s ỏp in ca thnh phn ma sỏt; : thụng s t hp
ca cht lng b mt; p
a
,p
c
, p

r
: áp ỏp lc danh ngha, ỏp lc cc b, ỏp lc
thc; - Hng s modun n hi ca vt liu, =(1-à
2
)/E (E h s
modun n hi ca vt liu, à - h s poatxong); - h s ca ng cong
mi ph thuc vo phng phỏp gia cụng b mt.
Cng mũn trng hp tip xỳc n hi c xỏc nh theo cụng
thc tng quỏt:
f
f
t
b
pt
rcaHh
fk
pppKI

.
2
2
1
2
1
1
2
1
2
1
1
(2.5)
Trong ú: r: bỏn kớnh ca nhp nhụ; p
a
,p
c
, p
r
: áp ỏp lc danh ngha, ỏp
lc cc b, ỏp lc thc; K
1
: h s c xỏc nh do hỡnh dng hỡnh hc v
s phõn b theo cao ca cỏc nhp nhụ; t
f
: h s ca ng cong mi; f
p
:
h s ma sỏt ca b mt ó qua chy r

T
f
0
(2.6)

2.3 Cỏc nh hng ca thụng s ng hc n ma sỏt, mũn ca cp vt
liu
nh hng nh hng n quỏ trỡnh Tribology ca cp vt liu phi k
n cỏc yu t : c tớnh ti (ỏp sut phỏp tuyn), vn tc trt, vt liu,
bụi trn, iu kin lm vic, mụi trngvv. ti ó i sõu nghiờn cu,
phõn tớch nh hng ca nhit , m tng i, dũng in n mũn ca
cp vt liu núi chung, nh hng n mũn c gúp & chi than núi riờng (rừ
hn phn 2.4)
2.4 Phng phỏp tớnh mũn cho c gúp & chi than
Vt liu chi than va l vt liu tham gia ma sỏt va l cht bụi trn
rn. Chi than trong quỏ trỡnh lm vic luụn chu ỏp lc tip xỳc lờn b mt
c gúp. p lc ca chi than t lờn c gúp chớnh l do lc ộp lũ xo vo chi
than. Hin tng mũn chi than& c gúp l do s tỏch cỏc phn t mũn ra
khi b mt tip xỳc. Sau thi gian hot ng, chi than s b mũn theo
dng mũn c húa v mũn in (Hỡnh 2.1)

-

7
-

Hình 2.1 Ảnh hưởng của lực nén lò xo đến cường độ mòn của chổi than
Áp dụng mô hình tính mòn cho tiếp xúc đàn hồi, khi bề mặt vật thể rắn
cũng có nhấp nhô bề mặt trượt trên bề mặt vật thể mềm hơn có biến dạng
đàn hồi của Kragelsky cho cặp ma sát cổ góp&chổi than.
Cường độ mòn không thứ nguyên được tính theo công thức số 2.5. Đây
là công thức tính mòn cho vật liệu mềm hơn trong mô hình tính đó là chổi
than. Để tính mòn cho cổ góp cần áp dụng công thức sau:
I
hCG
= α
M
. I
h CT
(2.6)
Trong đó:
I
hCG
: Cường độ mòn của cổ góp
I
h CT
: Cường độ mòn của chổi than

α
M
= ,
1
2


c
, 
1
– hằng số modun đàn hồi
của chổi than, 
2
– hằng số modun đàn hồi của cổ góp
Mặt khác tỷ số
t
a
A
A


của chổi than và cổ góp khác nhau nên cường độ
mòn không thứ nguyên của cổ góp và chổi than sẽ có khác biệt rất lớn, điều
này hoàn toàn phù hợp với thực tế sử dụng là cổ góp có tuổi thọ rất cao,
chổi than là vật liệu mềm hơn bị mòn nhanh làm chi tiết thay thế. Khi thay
mới chổi than sẽ xảy ra quá trình chạy rà lại hai bề mặt tiếp xúc. Trong
trường hợp này mòn tia lửa điện sẽ rất mạnh và ảnh hưởng đến hoạt động
bình thường của động cơ.
Kết luận chương 2

-

8
-
Luận án đã phân tích, làm rõ bản chất của quá trình mòn cổ góp & chổi
than là mòn cơ hóa và mòn tia lửa điện. Đây là hai quá trình diễn ra đồng
thời và ảnh hưởng qua lại lẫn nhau, đặc biệt khi có ảnh hưởng của nhiệt độ,
độ ẩm tương đối, nhất là ô nhiễm khí quyển với các hợp chất ô nhiễm có
tính ăn mòn cao. Phương pháp tính ma sát, mòn của Kragelsky cho phép
xác định được cường độ mòn của chổi than& cổ góp trên cơ sở mỏi của lớp
bề mặt ma sát cũng như tác động của tia lửa điện.
Trên thực tế cổ góp luôn bị mòn với tốc độ nhỏ hơn nhiều so với chổi
than. Áp dụng lý thuyết Kragelsky cũng có thể tính được mòn của vật thể
cũng gây mòn cụ thể là cổ góp. Cần lưu ý rằng cổ góp là chi tiết có thể phục
hồi, sau một thời gian làm việc, cổ góp có thể được sửa chữa phục hồi bằng
phương pháp mài tinh. Việc tính toán mòn chổi than & cổ góp sẽ tạo điều
kiện dự báo khả năng làm việc an toàn tin cậy của động cơ điện DC trong
máy công cụ, điều này đặc biệt quan trọng trong các máy có độ chính xác
cao và hiện đại như các máy công cụ CNC và máy gia công tinh như các
máy mài.
CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM MÒN CỔ GÓP &CHỔI THAN TRONG
ĐIỀU KIỆN NHIỆT ẨM VIỆT NAM
3.1. Mục đích thí nghiệm
Mòn cổ góp & chổi than được xác định theo lượng mòn U=∆G, ở các
vùng thông số thí nghiệm đặc trưng cho nhiệt ẩm của Việt nam. Kết quả
thực nghiệm chính là đồ thị sự phụ thuộc của lượng mòn vào nhiệt độ và độ
ẩm tương đối ở các giá trị dòng điện khác nhau, từ đó rút ra các kết luận cơ
bản về vai trò ảnh hưởng của độ ẩm tương đối và nhiệt độ đến lượng mòn
U=∆G. Kết quả của thực nghiệm sẽ là cơ sở tính toán về cường độ mòn,
tuổi thọ và độ tin cậy của cặp ma sát chổi than & cổ góp trong điều kiện

môi trường Việt Nam.
Nghiên cứu mòn cổ góp chổi than thực chất là nghiên cứu về đặc trưng
tribology của cặp vật liệu cácbon đồng hoặc graphit - đồng.
3.2. Phương pháp thí nghiệm
Chổi than bị mài mòn cơ học, xảy ra trên bề mặt tiếp xúc chổi than cổ
góp tạo phần tử mòn tách ra khỏi bề mặt. Trong điều kiện phòng thí nghiệm
nghiên cứu ảnh hưởng của dòng điện, nhiệt ẩm đến mòn cổ góp chổi than. .
Thực nghiệm được tổ chức theo quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu

-

9
-
là lượng mòn và các thông số đầu vào là nhiệt độ và độ ẩm biến thiên ở các
dòng điện khác nhau.
Nguyên lý chung của hệ thống thiết bị thử nghiệm trên hình (3.1), Dòng
điện một chiều đi qua chổi than và cổ góp đặt trong tủ tạo môi trường nhiệt
ẩm, sau khoảng thời gian nhất định, dừng máy xác định lượng mòn của mẫu
thử.

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý chung của thiết bị thử nghiệm
Xác định lượng mòn của cổ góp- chổi than trong thí nghiệm theo khối
lượng mất đi của chổi than sau thời gian thử nghiệm so với mẫu ban đầu.Từ
đó xác định cường độ mòn của cặp ma sát trong điều kiện ảnh hưởng nhiệt
ẩm .
3.3. Mẫu cổ góp chổi than trong thí nghiệm mòn
Việc lựa chọn mẫu cổ góp - chổi than thí nghiệm phải phù hợp thực tế
sử dụng tại Việt Nam, đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng. Mẫu chổi than được
lựa chọn là mẫu thông dụng ở thị trường Việt Nam, thường được dùng để
thay thế cho chổi than trong động cơ điện một chiều. Mẫu có ký hiệu 417A
của hãng Makita - Trung Quốc, kích thước và hình dáng được thể hiện trên
hình 3.2

-

10
-


Hình 3.2 Hình dáng, kích thước của chổi than 417A
Mẫu cổ góp có thành phần 99,9% đồng, còn lại là tạp chất khác là 0,1%,
dòng điện tối đa I= 10A, Vận tốc quay tối đa n
max
= 3000 vòng/phút, lực
lò xo P
max
= 0.2 kG được thể hiện ở hình 3.3


Hình 3.3 Hình dáng, kích thước của cổ góp 32 lam

Bảng thành phần mẫu thử cổ góp được trình bày ở bảng 3.1 (Kết quả
kiểm tra tại trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 1 – Tổng cục
tiêu chuẩn đo lường chất lượng)
Bảng 3.1 Thành phần của cổ góp 32 lam
Thành ph
ầ
n hóa h
ọ
c

K
ế
t qu
ả

Ghi chú

Copper (Cu)

99,4470

Phương pháp thử
ASTM E478:96
Sulfur (S)

0,00549

Manganese (Mn)

0,00001

Silicon (Si)

0,04608


-

11
-
Phosphorus (P)

0,00001

Aluminum (Al)

0,09878

Nickel (Ni)

0,
00001

Iron (Fe)

0,25412

Lead (Pb)

0,00713

Zinc (Zn)

0,09171

Tin (Sn)

0.00072

3.4 Thiết bị tạo môi trường nhiệt ẩm BKNA2010
Tủ nhiệt ẩm BKM-NA 2010 tạo môi trường nhiệt ẩm thông số kỹ thuật
cơ bản: Nhiệt độ điều khiển trong khoảng T
0
C =(10
0
C ÷ 50
0
C) - sai số
±1
0
C ; Độ ẩm tương đối RH%=(40% đến 99%) – sai số ±2%. Kích thước
tủ:600 x 600 x 1400 mm. Chiều dày lớp cách nhiệt b = 35mm; Điều khiển
nhiệt độ, độ ẩm tương đối bằng cảm biến ký hiệu SHT71. Hình 3.4 thể hiện
hình ảnh toàn máy thiết kế BKM – NA 2010

Hình 3.4 Hình ảnh tủ nhiệt ẩm BKM – NA 2010

3.5 Thiết bị đo mòn cặp ma sát chổi than & cổ góp BK-MCT 2010
Sơ đồ cấu tạo thiết bị đo mòn được thể hiện hình 3.5.


-

12
-

1 – Đế; 2 – Nối trục; 3 – Gối đỡ; 4 – Trục; 5 – Vít; 6 – Giá chổi than; 7
– Cổ góp; 8 – Vít trí; 9 – Dây nối; 10 – Đai ốc công; 11 – Ổ bi; 12 – Chổi
than; 13 – Bu lông chống xoay; 14 – Bạc; 15 – Bu lông

Hình 3.5 Cấu tạo thiết bị đo mòn BK – MCT 2010
Thiết bị đo mòn được đặt trong tủ nhiệt ẩm, được nối với động cơ không
đồng bộ ba pha có công suất N = 0,27 kW và n = 1450 (v/ph), bằng khớp
các đăng số cặp chổi than cổ góp thí nghiệm đồng thời i= 4.
Để dòng điện một chiều DC đi qua chổi than cổ góp thay đổi giá trị điện
trở công suất R trong mạch điện. Trong điều kiện tập trung nghiên cứu vào
yếu tố nhiệt độ và độ ẩm tương đối, thí nghiệm được thực hiện với dòng
điện thay đổi . Trên hình 3.6 thể hiện sơ đồ đấu dây của thiết bị BK – MCT
2010.
Hình 3.6 Sơ đồ đấu dây của thiết bị BK – MCT 2010
3.6. Thông số cơ bản và trình tự thí nghiệm đo mòn cổ góp&chổi than
Các thông số thí nghiệm

-

13
-
- Nhiệt độ: 25
0
C, 40
0

C, 55
0
C; Độ ẩm tương đối RH%: 51%, 75%, 99%;
Dòng điện thay đổi: I = 5A; I= 7.5A; I= 10 A
- Thời gian thử nghiệm: t = 10h = 600 ph
- Đo lượng mòn theo khối lượng ΔG(g) của chổi than trong điều kiện
ma sát khô.
Trình tự thí nghiệm
- Xử lý bề mặt chổi than, cổ góp thật sạch.
- Đánh mã số cho từng cặp chổi than & cổ góp.
- Xác định khối lượng chổi than ban đầu. Lắp 4 mẫu chổi than & cổ góp
vào đồ gá của thiết bị đo mòn BK – MCT 2010.
- Đấu mạch điện có điện trở công suất tạo ra cường độ dòng điện thay
đổi. Đưa thiết bị đo mòn vào thiết bị nhiệt ẩm BK NA2010. Điều khiển
nhiệt độ, độ ẩm tương đối theo yêu cầu. Sau 10h thử nghiệm, khối lượng
chổi than sẽ giảm đi so với khối lượng ban đầu. Từ đó xác định lượng mòn
của chổi than:U = ΔG = G
T
–G
S
(3.1)
Trong đó:G
T
: Khối lương trước khi thí nghiệm (g).G
S
: Khối lượng sau
khi thí nghiệm (g).Từ kết quả đo mòn ở trên xác định cường độ mòn I
h
của
chổi than theo công thức 2.3.

3.7. Kết quả thí nghiệm
Chế độ thử nghiệm với I=5A
Bảng 3.2 Kết quả đo mòn chổi than ở chế độ I = 5A
Chế độ thí
nghiệm
Lượng mòn sau mỗi lần thử(g)
Lượng
mòn TB
G

(g)
Độ lệch
lượng
mòn
σ
G
(10
-6
)
T
0
C RH%

TN
Cặp 1 Cặp 2 Cặp 3 Cặp 4
25
0
C
51%
1 0.017 0.016 0.019 0.017 0.017 1.19

75%
2 0.025 0.024 0.025 0.024 0.025 0.25
99%
3 0.031 0.032 0.034 0.033 0.033 1.25
40
0
C
51%
4 0.025 0.026 0.025 0.026 0.026 0.25
75%
5 0.036 0.035 0.037 0.035 0.036 0.69
99%
6 0.047 0.046 0.046 0.047 0.047 0.25
55
0
C
51% 7 0.028 0.029 0.029 0.029 0.029 0.19
75%
8 0.047 0.048 0.048 0.047 0.048 0.25

-

14
-
99%
9 0.055 0.056 0.056 0.055 0.056 0.25
Từ bảng kết quả thực nghiệm, vẽ đồ thị mối quan hệ lượng mòn U phụ
thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ (Hình 3.7)
Nhận xét đồ thị 3.7
Khi độ ẩm tương đối tăng từ 50% đến 99% thì lượng mòn tăng khoảng

40% .Ở cùng độ ẩm khi nhiệt độ tăng từ 25
0
C, 40
0
C, 55
0
C thì mòn tăng
khoảng 30%.


Hình 3.7 Đồ thị sự phụ thuộc của lượng mòn của chổi than vào nhiệt
độ, độ ẩm tương đối ở I = 5A
Chế độ thử nghiệm với I= 7.5A
Ch
ế

đ
ộ

thí
nghiệm
Lượng mòn sau mỗi lần thử(g)
Lư
ợ
ng
mòn
Đ
ộ

l

ệ
ch
lượng

-

15
-
Bảng 3.3 Kết quả đo mòn chổi than ở chế độ I = 7.5A
Từ bảng kết quả thực nghiệm, vẽ đồ thị mối quan hệ lượng mòn U phụ
thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ (Hình 3.8)


Hình 3.8 Đồ thị sự phụ thuộc của lượng mòn của chổi than vào nhiệt
độ, độ ẩm tương đối ở I = 7.5A
Nhận xét đồ thị lượng mòn ở I = 7,5A
Khi độ ẩm tương đối tăng từ 50% đến 99% thì lượng mòn tăng khoảng
40% đến 60%. Ở cùng độ ẩm khi nhiệt độ tăng từ 25
0
C, 40
0
C, 55
0
C thì mòn
tăng khoảng 30% đến 50%.
T
0
C RH%
TN
Cặp 1 Cặp 2 Cặp 3 Cặp 4

TB

G

(g)
mòn
σ
G
(10
-6
)
25
0
C
51% 1 0.019 0.018 0.019 0.019 0.019 0.19
75% 2 0.028 0.028 0.029 0.029 0.029 0.25
99% 3 0.037 0.036 0.037 0.036 0.037 0.25
40
0
C
51% 4 0.026 0.026 0.025 0.026 0.026 0.19
75% 5 0.039 0.038 0.038 0.038 0.038 0.19
99% 6 0.051 0.051 0.052 0.052 0.052 0.25
55
0
C
51% 7 0.031 0.03 0.031 0.03 0.031 0.25
75% 8 0.052 0.053 0.053 0.053 0.053 0.19
99% 9 0.066 0.067 0.067 0.066 0.067 0.25

-

16
-
Chế độ thử nghiệm với I= 10A
Bảng 3.4 Kết quả đo mòn chổi than ở chế độ I = 10A

Từ bảng kết quả thực nghiệm, vẽ đồ thị mối quan hệ lượng mòn U phụ
thuộc vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ (Hình 3.9)

Hình 3.9 Đồ thị sự phụ thuộc của lượng mòn của chổi than vào nhiệt
độ, độ ẩm tương đối ở I = 105A
Nhận xét đồ thị lượng mòn ở I = 10A.
Ch
ế

đ
ộ

thí
nghiệm
Lượng mòn sau mỗi lần thử(g)
Lượng
mòn TB
G

(g)
Đ
ộ

l
ệ
ch
lượng
mòn
σ
G
(10
-6
)
T
0
C RH%

ST
N
Cặp 1 Cặp 2 Cặp 3 Cặp 4
25
0
C
51% 1 0.032 0.031 0.032 0.032 0.032 0.19
75% 2 0.051 0.051 0.052 0.052 0.052 0.25
99% 3 0.064 0.064 0.065 0.065 0.065 0.25
40
0
C
51% 4 0.039 0.038 0.038 0.038 0.038 0.19
75% 5 0.063 0.062 0.063 0.062 0.063 0.25
99% 6 0.073 0.074 0.073 0.074 0.074 0.25
55

0
C
51%
7
0.043 0.043 0.042 0.043 0.043 0.19
75% 8 0.075 0.076 0.076 0.076 0.076 0.19
99% 9 0.091 0.092 0.092 0.092 0.092 0.19

-

17
-
Khi độ ẩm tương đối tăng từ 50% đến 99% thì lượng mòn tăng khoảng
50% đến 70%. Ở cùng độ ẩm khi nhiệt độ tăng từ 25
0
C, 40
0
C, 55
0
C thì mòn
tăng khoảng 40% đến 60%.
Kết luận chương 3
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ẩm đến mòn của chổi than cổ
góp bằng thiết bị tạo nhiệt ẩm BKNA 2010 và thiết bị tạo mòn BK-MCT
2010 đã cho thấy khả năng linh hoạt và tin cậy của thiết bị được chế tạo. Ở
cùng nhiệt độ, khi độ ẩm tăng thì lượng mòn cũng tăng điều này khẳng định
ảnh hưởng rõ rệt của độ ẩm tương đối đến mòn của chổi than&cổ góp. Khi
độ ẩm tương đối tăng khả năng mòn do phóng điện tăng mạnh do đó tổng
mòn cơ học và mòn do phóng điện tăng.
Trong điều kiện ma sát khô dòng điện tăng từ 50% đến 100% so với

định mức của chổi than &cổ góp thì lượng mòn tăng lên rõ rệt khoảng 30%.
Khi có thêm ảnh hưởng của môi trường, lượng m nhiệt ẩm, lượng mòn có
thể tăng đến 60%, 70%. Kết quả thực nghiệm chứng tỏ tính phức tạp của
quá trình mòn chổi than& cổ góp gồm: mòn cơ hóa và mòn tia lửa điện, đây
là hai quá trình chịu ảnh hưởng ngược nhau của điều kiện nhiệt ẩm. Kết
quả nghiên cứu cho thấy việc xác định lượng mòn bằng khối lượng là phù
hợp với cặp ma sát chổi than &cổ góp làm việc trong vùng tiếp xúc đàn
hồi.
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ẨM ĐẾN MÒN
CỔ GÓP CHỔI THAN
4.1 Tính cường độ mòn của chổi than
Từ kết quả thực nghiệm về lượng mòn của chổi than theo khối lượng
mòn trong thời gian là 10h, có thể xác định cường độ mòn I
hCT
của chổi
than theo công thức (2.3)
LA
G
I
a
hCT
.
.





Trong đó:I
hCT

– Cường độ mòn của chổi than; ΔG - Lượng mòn (g) –
xác định từ thực nghiệm; γ - Khối lượng riêng của chổi than, γ = 190.10
6

g/m
3
; A
a
- Diện tích tiếp xúc danh nghĩa của chổi than được tính A
a
= 13.7 x
6.78 = 92,88 (m
2
); =A
a
/A
t
= 1; L – Quãng đường ma sát (m);
Chiều dài quãng đường ma sát được tính theo công thức: L= v.t

-

18
-
Trong đó: v- Vận tốc của cổ góp (m/ph) -
1000
dn
v



; t - Thời gian (ph)
- t = 600 ph; d - đường kính cổ góp(mm) - d = 36,5mm; n - Số vòng quay
của cổ góp (vòng/phút), n = 1450 v/ph; Do đó quãng đường ma sát L =
99,76.10
3
m
Trong quá trình thí nghiệm bề mặt chổi than được chụp ảnh lại sau mỗi
chế độ trước và sau khi thí nghiệm (hình 4.1 hình ảnh chụp chổi than ở một
chế độ trước và sau khi làm việc).












a b
Hình 4.1 a Ảnh bề mặt chổi than mới chưa chạy thí nghiệm- b Ảnh bề mặt
chổi than sau khi chạy thí nghiệm ở I=5A, T
o
=25
o
C, RH%=51
Cường độ mòn của chổi than ở I = 5A
Chế độ thí nghiệm

Lượng
mòn TB
G

(g)
Sai l
ệ
ch
lượng
mòn σ
G
(10
-6
)
Cường độ
mòn
I
hCT
(10
-6
)

Sai l
ệ
ch
cường độ
mòn σ
I

(10

-7
)

T
0
C RH%
25
0
C
51% 0.017 1.19
9.76 6.72
75% 0.025 0.25
13.87 1.42
99% 0.033 1.25 18.40 7.08
40
0
C 51% 0.026 0.25 14.43 1.41

-

19
-
Từ kết quả lượng mòn U của chổi than, xác định cường độ mòn của chổi
than được biểu diễn ở bảng 4.1.
Bảng 4.1 Cường độ mòn I của chổi than tại I = 5A
Từ kết cường độ mòn của chổi than, vẽ đồ thị mối quan hệ I
h
phụ thuộc vào
độ ẩm tương đối và nhiệt độ (Hình 4.2)

Hình 4.2 Đồ thị quan hệ cường độ mòn I phụ thuộc vào nhiệt độT
o
C và
độ ẩm tương đối RH% tại chế độ I=5A
Xử lý số liệu thực nghiệm thu được hàm hồi quy thực nghiệm (x – Nhiệt
độ; y – độ ẩm tương đối):
I=-1.3699+0.0341x+0.0301y-0.0004x
2
+0.0005xy-0.0002y
2

Nhận xét kết quả thực nghiệm ở I = 5A
- Cường độ mòn của chổi than có giá trị từ 9,76.10
-6
đến 31,4.10
-6
nằm

trong vùng tiếp xúc đàn hồi và chuyển dần sang đàn dẻo khi có độ ẩm
tương đối cao trong khoảng từ 75% đến 99%. Cường độ lớn nhất với độ ẩm
tương đối 99% và nhiệt độ 55
o
C, gấp 3,2 lần ở độ ẩm 51% và ở nhiệt độ 25

o
C.Giá trị lớn nhất của cường độ mòn không thứ nguyên khi ở nhiệt độ
75% 0.036 0.69 20.23 3.89
99% 0.047 0.25
26.32 1.42
55
0
C
51% 0.029 0.19
16.27 1.06
75% 0.048 0.25 26.89 1.42
99% 0.056 0.25 31.41 1.42

-

20
-
55
o
C và độ ẩm tương đối 99% khẳng định mòn chổi than có nguy cơ cao do
bắt đầu chuyển sang dần tiếp xúc đàn dẻo.
Cường độ mòn của chổi than ở I = 7,5A
Từ kết quả lượng mòn U của chổi than, xác định cường độ mòn của chổi
than được biểu diễn ở bảng 4.2.

Bảng 4.2 Cường độ mòn I của chổi than tại I = 7,5A

Từ kết cường độ mòn của chổi than, vẽ đồ thị mối quan hệ I
h
phụ thuộc
vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ (Hình 4.3).
Xử lý số liệu thực nghiệm thu được hàm hồi quy thực nghiệm (x – Nhiệt
độ; y – độ ẩm tương đối):
I= -0.3227+0.0207x+0.026y+0.0001x
2
+0.0007xy-0.0002y
2

Ch
ế

đ
ộ

thí
nghiệm
Lượng mòn
TB
G

(g)
Độ lệch
lượng mòn
σ
G

(10
-6
)

Cường độ
mòn I
(10
-6
)
Đ
ộ

l
ệ
ch
cường độ
mòn σ
I
(10
-7
)
T
0
C RH%
25
0
C
51% 0.019 0.19 10.61 1.06
75% 0.029 0.25 16.13 1.42
99% 0.037 0.25 20.66 1.42

40
0
C
51% 0.026 0.19 14.57 1.06
75% 0.038 0.19 21.65 1.06
99% 0.052 0.25 29.15 1.42
55
0
C
51% 0.031 0.25 17.26 1.42
75% 0.053 0.19 29.86 1.06
99% 0.067 0.25 37.64 1.42

-

21
-

Hình 4.3 Đồ thị quan hệ cường độ mòn I phụ thuộc vào nhiệt độT
o
C và độ
ẩm tương đối RH% tại chế độ I=7,5A
Nhận xét kết quả thực nghiệm ở I = 7,5A
- Cường độ mòn của chổi than có giá trị từ 10,31.10
-6
đến 37,64.10
-6

nằm trong vùng tiếp xúc đàn hồi và chuyển dần sang đàn dẻo khi có độ ẩm
tương đối cao trong khoảng từ 75% đến 99%.
- Cường độ mòn trong cùng điều kiện nhiệt ẩm ở cường độ dòng điện I =
7,5A lớn hơn cường độ mòn ở dòng điện I = 5A
- Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm tương đối đến mòn của chổi than tại
cùng nhiệt độ như nhau độ ẩm tăng từ 51% nên 99% thì cường độ mòn tăng
từ 30% đến 40 %.
Cường độ mòn của chổi than ở I = 10A
Từ kết quả lượng mòn U của chổi than, xác định cường độ mòn của chổi
than được biểu diễn ở bảng 4.3.
Từ kết cường độ mòn của chổi than, vẽ đồ thị mối quan hệ I
h
phụ thuộc
vào độ ẩm tương đối và nhiệt độ (Hình 4.4).
Xử lý số liệu thực nghiệm thu được hàm hồi quy thực nghiệm (x – Nhiệt
độ; y – độ ẩm tương đối):

I=-2.3464+0.0401x+0.1106y+0.0004x
2
+0.0006xy-0.0006y
2


-

22
-


Bảng 4.3 Cường độ mòn I của chổi than tại I = 10A
Ch
ế

đ
ộ

thí
nghiệm
Lượng
mòn TB
G

(g)
Độ lệch
lượng mòn
σ
G

(10
-6
)

Cường độ
mòn I(10
-6
)
Độ lệch
cường độ
mòn σ
I
(10
-7
)
T
0
C RH%
25
0
C
51% 0.032 0.19 17.97 1.06
75% 0.052 0.25 29.15 1.42
99% 0.065 0.25 36.51 1.42
40
0
C
51% 0.038 0.19 21.65 1.06
75% 0.063 0.25 35.38 1.42
99% 0.074 0.25 41.60 1.42

55
0
C
51% 0.043 0.19 24.20 1.06
75% 0.076 0.19 42.87 1.06
99% 0.092 0.19 51.93 1.06


















Hình 4.4 Đồ thị quan hệ cường độ mòn I phụ thuộc vào nhiệt độT
o
C và độ
ẩm tương đối RH% tại chế độ I=10A
Nhận xét kết quả thực nghiệm ở I = 10A

-

23
-
Cường độ mòn chổi than có giá trị từ 10,31.10
-6
đến 37,64.10
-6
nằm
trong vùng tiếp xúc đàn hồi và chuyển dần sang đàn dẻo khi có độ ẩm
tương đối cao trong khoảng từ 75% đến 99%. Cường độ mòn không thứ
nguyên trong cùng điều kiện nhiệt ẩm ở cường độ dòng điện I = 10A lớn
hơn cường độ mòn ở dòng điện I = 7,5A và I=5A.
4.2Tính cường độ mòn của cổ góp
Bề mặt cổ góp được chụp ảnh lại sau mỗi chế độ trước và sau khi thí
nghiệm (hình 4.5 hình ảnh chụp chổi than ở một chế độ trước và sau khi
làm việc).









a b
Hình 4.5 a Ảnh bề mặt cổ góp mới chưa chạy thí nghiệm- b Ảnh bề mặt cổ
góp sau khi chạy thí nghiệm ở I=5A, T
o

=25
o
C, RH%=51
Từ kết quả thực nghiệm tính toán được cường độ mòn của chổi than theo
lý thuyết cơ phân tử Kragelsky có thể xác định cường độ mòn của cổ góp
theo công thức 2.6
Trong đó: Với 
1
, 
2
- Hằng số Poatxong của chổi than,cổ góp-
1
= 0,3;

2
= 0,33; E
1
, E
2
- Hằng số modun đàn hồi của chổi than, cổ góp

E
1
= 260
GPa; E
2
= 125 Gpa, t
f
= 6,7;
1

2
1




=1/5 ( =2)

Thay số vào ta có: α
M
= 1,15.10
-4

Mặt khác do
t
a
A
A
của cổ góp khác chổi than nên giá trị
1.0
t
a
A
A


Do đó công thức I
hCG
= α
M

. I
hCT
được tính như sau:


-

24
-
I
hCG
=
r
a
A
A

α
M
. I
hCT (4.1)

Thay các giá trị vào công thức công thức (2.6) xác định được cường độ
mòn của cổ góp tại I=5A, I = 7,5A; I = 10A được tổng hợp ở bảng 4.4
Bảng 4.4 Bảng tổng hợp cường độ mòn của cổ góp tại I=5A;7,5A;10A
4.3 Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt ẩm đến tuổi thọ, độ tin cậy chổi
than &cổ góp trên cơ sở mòn
Lượng mòn của chổi than và cổ góp được xác định theo công thức
(4.1)
Trong đó: I – cường độ mòn không thứ nguyên; U – lượng mòn của chổi

than (µm); L – quãng đường ma sát
Xác định tuổi thọ của chổi than trên cơ sở mòn
Từ số liệu trong bảng 3.2, 3.3, 3.4 tính được lượng mòn của chổi than
theo chiều cao lớp mòn trong bảng 4.5
Nhi
ệ
t
độ
T
0
C
Đ
ộ

ẩ
m
RH%
Cư
ờ
ng đ
ộ

mòn ch
ổ
i than I (10
-
6
)

Lư

ợ
ng mòn
ch
ổ
i than U (µm)

I = 5A

I = 7,5A

I = 10A

I = 5A

I = 7,5A

I = 10A

25
0
C
51% 9.76 10.61 17.97 9.740 10.587 17.927
75% 13.87 16.13 29.15 13.834 16.092 29.079
99% 18.40 20.66 36.51 18.351 20.609 36.419
Nhiệt
độ T
0
C
Độ ẩm
RH%

Cường độ mòn cổ góp I (10
-11
)
I = 5A I = 7,5A I = 10A
25
0
C
51%
11.23 12.20 20.67
75% 15.95 18.55 33.52
99%
21.15 23.76 41.98
40
0
C
51%
16.60 16.76 24.90
75%
23.27 24.90 40.68
99%
30.27 33.52 47.84
55
0
C
51% 18.71 19.85 27.83
75%
30.92 34.33 49.31
99% 36.12 43.28 59.72

-

25
-
40
0
C
51% 14.43 14.57 21.65 14.398 14.540 21.598
75% 20.23 21.65 35.38 20.186 21.598 35.290
99% 26.32 29.15 41.60 26.256 29.079 41.501
55
0
C
51% 16.27 17.26 24.20 16.233 17.222 24.138
75% 26.89 29.86 42.87 26.820 29.785 42.772
99% 31.41 37.64 51.93 31.338 37.549 51.806
Trong trường hợp thử nghiệm, có thể lấy lượng mòn cho phép của chổi
than [U] = 10000µm, và a
0
= 0và σ
a
=0,033 theo số liệu nhà sản xuất. Ta
thay vào tính tuổi thọ của chổi than cho các trường hợp I=5A, I=7.5A,
I=10A được tổng hợp ở bảng 4.5
Bảng 4.5 Bảng tổng hợp tuổi thọ của chổi than ảnh hưởng của nhiệt ẩm
ở I =5A, I = 7,5A, I = 10A
Xác định tuổi thọ của cổ góp trên cơ sở mòn
Tương tự như chổi than ta tính được cho cổ góp.U= I
hCG
.L
Trong đó: I

hCG
– Cường độ mòn của cổ góp, L – Quãng đường ma sát
(m); L= 99,76.10
3
mm.
Từ số liệu trong bảng 3.2, 3.3, 3.4 tính được lượng mòn của chổi than
theo chiều cao lớp mòn trong bảng 4.6
Bảng 4.6 Lượng mòn của cổ góp ảnh hưởng của nhiệt ẩm và dòng điện
Nhi
ệ
t
độ T
0
C
Đ
ộ

ẩ
m
RH%
Cư
ờ
ng đ
ộ

mòn c
ổ

góp I (10
-

11
)

Lư
ợ
ng mòn c
ủ
a c
ổ

góp U (µm)

I = 5A

I = 7,5A

I = 10A

I = 5A

I = 7,5A

I = 10A

25
0
C
51% 11.23 12.20 20.67 0.112 0.122 0.207
75% 15.95 18.55 33.52 0.159 0.186 0.335
99%

21.15

23.76

41.98

0.212

0.238

0.420

40
0
C
51% 16.60 16.76 24.90 0.166 0.168 0.249
75% 23.27 24.90 40.68 0.233 0.249 0.407
99%

30.27

33.52

47.84

0.303

0.335

0.478

P(t)
Tuổi thọ của chổi than T (h)
I = 5A I = 7,5A I = 10A
0,9 3537 3093 2136
0,95 3258 2835 1977
0,99 2848 2460 1739
0,999 2474 2123 1520
0,9995 2376 2035 1462

-

26
-
55
0
C
51% 18.71 19.85 27.83 0.187 0.199 0.278
75% 30.92 34.33 49.31 0.309 0.343 0.493
99% 36.12 43.28 59.72 0.361 0.433 0.597
Trong trường hợp thử nghiệm, có thể lấy lượng mòn cho phép của cổ
góp [U] = 1000µm, và a
0
= 0 và σ
a
=0,0033 theo số liệu nhà sản xuất.
Kết quả tính toán tuổi thọ cổ góp tương ứng với độ tin cậy thay đổi ở I
=5A, I = 7,5A, I = 10A thể hiện bảng 4.7

Bảng 4.7Bảng tổng hợp tuổi thọ của chổi than ảnh hưởng của nhiệt ẩm
ở I =5A, I = 7,5A, I = 10A
P(t)
Tuổi thọ của cổ góp T (h)
I = 5A I = 7,5A I = 10A
0,9 30681 26833 18540
0,95 28265 24603 17157
0,99 24699 21348 15094
0,999 21459 18432 13195
0,9995 20604 17668 12690
Kết luận chương 4
Giá trị cường độ mòn không thứ nguyên của chổi than nằm trong phạm
vi từ (9.76 ÷51.93)10
-6
trong phạm vi mòn tiếp xúc đàn hồi và bắt đầu
chuyển sang đàn dẻo. Cường độ mòn của chổi than tăng theo độ ẩm tương
đối và nhiệt độ tuy nhiên độ ẩm tương đối RH% ảnh hưởng nhiều hơn
khoảng 20% so với nhiệt độ.
Xác định cường độ mòn cổ góp ở dòng điện I= 5, I=7.5,I=10 , khi nhiệt
độ tăng từ 25
0
C đến 55
0
C và độ ẩm tương đối tăng từ RH%= 51% ÷ 99%
thì giá trị cường độ mòn của cổ góp nằm trong vùng tiếp xúc đàn hồi. Mức
độ ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm tương đối đến cổ góp tương tự như
chổi than. Kết quả nghiên cứu và tính toán cho thấy rằng tuổi thọ của cổ
góp dài hơn chổi than từ 6÷9 lần. Kết quả này cho phép dự kiến chu kỳ thay
thế chổi than và bảo dưỡng cổ góp trong động cơ DC.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Luận án đã phân tích tổng hợp các hư hỏng của cổ góp chổi than và
nguyên nhân gây hư hỏng. Phân tích đặc điểm, phân loại các dạng mòn cổ
góp đã làm rõ bản chất của quá trình mòn chổi than &cổ góp là mòn cơ hóa

-

27
-
và mòn tia lửa điện. Đây là hai quá trình diễn ra đồng thời và ảnh hưởng
qua lại lẫn nhau, đặc biệt khi có ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm, nhất là ô
nhiễm khí quyển với các hợp chất có tính ăn mòn cao. Trên thực tế cổ góp
luôn mòn với tốc độ nhỏ hơn rất nhiều so với chổi than. Áp dụng lý
thuyết Kragelsky cũng có thể tính được mòn của vật thể gây mòn cụ thể là
cổ góp. Cần lưu ý rằng cổ góp là chi tiết có thể phục hồi, sau một thời gian
làm việc, cổ góp có thể được sửa chữa phục hồi bằng phương pháp mài
tinh.
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ẩm đến mòn của chổi than cổ
góp bằng thiết bị tạo nhiệt ẩm BK-NA 2010 và thiết bị tạo mòn BK-MCT
2010 đã cho thấy khả năng linh hoạt và tin cậy của thiết bị được chế tạo.
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc xác định lượng mòn bằng khối lượng là
phù hợp với chổi than. Từ kết quả thực nghiệm đã tính được cường độ mòn
của chổi than ở dòng điện I= 5A, I= 7.5A, I=10A với nhiệt độ