Luận văn: Nghiên cứu thực nghiệm mòn cặp ma sát cổ góp động cơ điện DC

Nghiên cứu thực nghiệm về hiện tượng mòn cổ góp và chổi than trong động cơ DC, phân tích nguyên nhân và đề xuất giải pháp cải thiện tuổi thọ.

• Tác giả: Nguyễn Văn Đoàn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Thực Nghiệm Mòn Cổ Góp & Chổi Than Động Cơ DC
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về mòn và ma sát học trong động cơ điện DC

Mòn cặp ma sát là hiện tượng mất vật liệu xảy ra khi hai bề mặt tiếp xúc và chuyển động tương đối với nhau. Trong động cơ điện DC, quá trình mòn của chỗi than và cổ góp là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ và hiệu suất hoạt động của thiết bị. Nghiên cứu thực nghiệm mòn giúp xác định quy luật mòn, dự báo thời gian bảo dưỡng và nâng cao độ bền của các bộ phận này. Quá trình mòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tải trọng, tốc độ quay, nhiệt độ môi trường và loại vật liệu được sử dụng.

1.1. Khái niệm và đặc trưng của quá trình mòn

Mòn vật liệu là sự mất dần vật liệu từ bề mặt tiếp xúc do ma sát cơ học. Cường độ mòn được định nghĩa là lượng vật liệu mất trên một đơn vị quãng đường hoặc thời gian ma sát. Các đại lượng đặc trưng của quá trình mòn bao gồm: khối lượng mòn, thể tích mòn, độ sâu mòn và tốc độ mòn. Sự phụ thuộc của mòn vào thời gian hoặc quãng đường ma sát tuân theo các quy luật cụ thể, có thể được mô tả bằng các mô hình toán học.

1.2. Các phương pháp tính toán mòn

Tính mòn theo phương pháp thực nghiệm là cách đáng tin cậy nhất để xác định quy luật mòn thực tế. Tính mòn theo lý thuyết ma sát (Kragelsky) cung cấp các công thức dự báo dựa trên các thông số ma sát cơ bản. Phương pháp cơ học vi phân giúp phân tích chi tiết cơ chế mòn ở cấp độ vi mô. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng và được áp dụng tùy theo điều kiện cụ thể của nghiên cứu.

II. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện DC

Động cơ điện một chiều (DC) là một thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Cấu tạo chính bao gồm: nam châm cố định, phần ứng (rotor), cổ góp, chỗi than và các bộ phận phụ trợ. Nguyên lý làm việc dựa trên tương tác giữa từ trường và dòng điện chạy qua cuộn dây. Khi cơ cấu chỗi than - cổ góp hoạt động, nó điều phối dòng điện để tạo ra chuyển động quay liên tục. Ưu điểm của động cơ DC là điều khiển dễ dàng, mô-men khởi động cao. Nhược điểm là cần bảo dưỡng thường xuyên do mòn của chỗi than và cổ góp.

2.1. Cấu tạo chỗi than và cổ góp

Chỗi than là các que than đặc lên cổ góp bằng lò xo, có chức năng dẫn điện từ mạch ngoài đến phần ứng quay. Cổ góp là bề mặt trụ bằng đồng được cách điện, có các rãnh cho chỗi than chạy vào. Hình dạng và kích thước của chỗi than ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và hiệu suất hoạt động của động cơ.

2.2. Hỏng hóc và bảo dưỡng cổ góp

Sau thời gian sử dụng, bề mặt cổ góp có thể bị xước, độn hoặc suy giảm độ bền. Các loại hỏng hóc phổ biến gồm: bề mặt không nhẵn, mất cân bằng động, nứt rạn hoặc oxy hóa. Phục hồi cổ góp đòi hỏi các bước cơ bản như: vệ sinh, mài lại bề mặt, kiểm tra độ tròn và cân bằng. Bảo dưỡng định kỳ giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

III. Phương pháp và thiết bị nghiên cứu thực nghiệm

Để nghiên cứu mòn cặp chỗi than - cổ góp, cần sử dụng thiết bị đo mòn BK-MCG được thiết kế đặc biệt với các cảm biến chính xác. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị bao gồm: động cơ điện DC thử nghiệm, hệ thống đo chiều cao mòn, hệ thống ghi dữ liệu và bộ điều khiển tải trọng. Quy trình thực nghiệm tiến hành như sau: chuẩn bị mẫu, đo kích thước ban đầu, khối lượng chỗi than và cổ góp, sau đó chạy thử lặp đi lặp lại để thu thập dữ liệu mòn theo thời gian.

3.1. Chuẩn bị mẫu và thiết bị

Các loại chỗi than được chọn phải có hình dáng và kích thước tiêu chuẩn, thường là 04 loại khác nhau để so sánh. Cổ góp nước được kiểm tra kích thước và chất lượng bề mặt trước khi thử nghiệm. Khối lượng ban đầu của từng cặp được đo chính xác bằng cân điện tử có độ chính xác cao để làm cơ sở tính toán lượng mòn.

3.2. Thu thập và phân tích dữ liệu

Dữ liệu mòn được ghi lại sau mỗi khoảng thời gian nhất định, bao gồm: lượng mòn khối lượng, độ sâu mòn theo chiều cao, cường độ mòn theo thời gian. Bảng tổng hợp kết quả thực nghiệm giúp xác định quy luật mòn của từng cặp chỗi than. Đồ thị mòn được vẽ để thể hiện mối quan hệ giữa lượng mòn và thời gian hoạt động.

IV. Kết quả và ứng dụng thực tế của nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra rằng lượng mòn của chỗi than và cổ góp tăng theo thời gian theo một quy luật nhất định. Cường độ mòn của các cặp chỗi than khác nhau có sự chênh lệch đáng kể, phụ thuộc vào chất liệu và thiết kế. Từ dữ liệu thu được, có thể dự báo tuổi thọ của chỗi than và thời gian bảo dưỡng cần thiết. Ứng dụng thực tế của nghiên cứu này giúp các nhà thiết kế và bảo dưỡng xác định lịch trình thay thế bộ phận, nâng cao độ tin cậy và hiệu suất của động cơ điện DC.

4.1. Phân tích kết quả mòn theo thời gian

Phân tích dữ liệu thực nghiệm cho thấy mòn chỗi than diễn ra nhanh hơn so với mòn cổ góp. Giai đoạn mòn ban đầu thường có tốc độ cao, sau đó ổn định. So sánh các cặp chỗi than khác nhau cho thấy chất lượng vật liệu và quy trình sản xuất ảnh hưởng lớn đến tốc độ mòn. Những phát hiện này rất quan trọng cho việc lựa chọn vật liệu chỗi than.

4.2. Hướng dẫn bảo dưỡng và thay thế

Dựa trên đồ thị mòn và dữ liệu cường độ mòn, có thể xác định thời gian bảo dưỡng định kỳ phù hợp. Tuổi thọ dự báo của chỗi than giúp lập kế hoạch thay thế trước khi hỏng hóc. Khuyến nghị thực tế là thực hiện kiểm tra định kỳ sau mỗi 500-1000 giờ hoạt động, và thay thế chỗi than khi mòn đạt 70-80% chiều cao ban đầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Nghiên cửu tỐng quan về mòn vật liệu 'Irong chương này trình bày cơ sở lý thuyết của quá trình mỏn vật liệu, các 'phương pháp tính mòn và các yếu tổ ảnh hưởng tới quá trình mòn. CH2013B Viện Cơ khí, BS mon may & Ma sat hoe Hinh 2. Chéi than có thể bị kẹt cứng nêu không bảo dưỡng dịnh kỳ. Các hue hỏng của chối than sau một thời gian sử dụng,.

Bê mặt cỗ góp làm việc bình thường, - - $7 Hình 2. Bằ mặt cỗ góp còn sử dụng được 58 Hình 2. Bễ i gop không dạt yên côi 58 Hình 2. Bê mặt cỗ góp không đạt yêu 59 Hinh 2.

Cae hue hong, khiém khuyết trên bề mặt cỗ góp sau một thời gian ste dung. Cae bước để phục hỗi cổ góp.1 Sơ đồ nguyén by chung của Huật bị thực nghiệm 63 Hình 3.2 Hình dáng, kích thuốc của 04 loại chốt than trước khử thực nghiệm.3 Hình dáng, kích thước của cỗ góp nước khử thực nghiệm 64 Hình 3. Thiết bị do mòn BK-MCG.3 Cau tao thigt bj do mon BK MOG [1. Kích thước ban đầu của cỗ góp - - 68 Hình 3.

Khối lượng ban đầu của cặp chối tham sé 1 68 Hình 3. Khối lượng ban đầu của cặp chất than số 2 - - 69 Hinh 3. Khối lượng ban dẫu của cặp chỗi than số Ầ.10, Khối lượng ban dầu của cặp chỗi than số 4. Dồ thị thực nghiện quan bệ của lượng mòn 1/8xo đời gim cai (o§p cổ đhưn 71 BANG BIEU Bảng 2.

ceeeeeenieireer wT Bảng 3. Kết quả đo lượng mon ctia ting cdp chét than sau méi lần thực nghiệm 70 Bang 3. Bang tông hợp cường độ mòn của các cặp chỗi than theo thời gian. Bằng tổng hợp cường độ mòn của cỗ góp theo thời gian.

Lượng mòn của chối than theo chiều cao lớn mòn 74 Bang 3. Lugng môn của cỗ góp theo chiếu cao lớp mén. CH2013B Viện Cơ khí, BS mon may & Ma sat hoe 2. Cac đạng hư hỏng của cỗ góp & chỗi than.

Môn chỗi NAH. Hư hỏng bê mũi cỗ góp $7 2. Phương pháp tính môn cho cổ góp & chỗi than él 1. Kết luận chhrơng 2 - 62 CHUONG3: NGHTEN CUU MON THUC NGHTEM CO GOP DONG CO DEEN TREN MAY BK MCG.

Mục đích thực nghiệm - - - 63 3. Phương pháp thực nghiệm.3, Mẫu cỗ góp chỗi than trong thực nghiệm mỏn. Thiết bị đo mòn cặp ma sát chỗi than & cổ góp BK-MCG. Thông số cơ bản và trình tự thực nghiệm đo mòn cễ góp & chỗi than.

Kết quả thực nghiệm. Xác định thing sé ban dau - 6 .Ä362 Vác định lượng mòn của chỗi tham tà cổ gápở† =4, E= 10h, £— 19h, F—20h. Xây dựng đường cong mòn thực nghiệm và tính tuổi thọ cửa cặp ma sát.71 371 Tỉnh cường độ mòn của chỗi fhat.72 Tinh cường độ mòn của Cỗ góp.73 Xác định tỗi thọ cña chỗi tham trân cơ sẽ mòn thực nghiệm 74 3.74 Xác định tuôi thọ câa cỗ gấp trên cơ xở mòn thực nghiện: 75 3ð Kết luận chưởng. TÔ KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

79 CH2013B Cơ khí a indy dc Ma sát học Chương 2: Mùa chi than, cd gop động cơ điện DC 'Irong chương nảy trình bảy đặc điểm cấu tạo, ưu nhược điểm của động cơ điện DC, câu tạo và phương pháp tính mòn cho ep ma sal. chéi than HỒ góp. Chương 3: Nghiên củu mòn thục nghiệm cổ gáp động cơ điện trên máy BK MCG Nội dung chủ yếu trong chương nảy là trình bay: Giới thiệu các thiết bị thực nghiệm, tổ chức thực nghiệm, xây dựng đường cong mờn và lính toán luôi thọ của cặp ma sát & Kết luận Luan vin trinh bay kết quả nghiên cứu, tổng hợp về quá trinh mỏn, chỉ ra nguyễn nhân của các đựng hư hồng về mòn và tổ chức nghiên cứu thực nghiệm về mòn chỗi than - cỗ góp. Kết quả thực nghiệm.

về mòn sẽ xác định được tuổi thọ đự kiến của các loại chỗi than thi nghiệm, từ đó có kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa phục hỗi cỗ góp phủ hợp. Kết quả nghiên cửu của luận chấn sẽ được án dụng có hiệu quả trong thực tê sản xuất CH2013B Cơ khí a indy dc Ma sát học MO DAU 1. Lý do chọn dé tai Ngày nay, để đáp ứng yêu câu ngày cảng cao cửa nền sản xuấi hiện đại, các thiết bị đặc biệt là các đây chuyền sản xuất phải được dẫm bảo hệ số sẵn sàng hoạt dộng, có như vây mới không làm ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phim. Dé lam được điều đó cần phải có kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa, định kỳ nhằm tránh các sự cố đột xuất, ngoài ý muốn gây ảnh hưởng tới sản xuất.

Qua phân tích nguyên nhân hỏng hóc, sự cô của máy móc, thiết bị đã chỉ ra rằng phân lớn máy móc bị hồng không phâi đo gãy mã do môn và do hư hồng bé mt ma sal trong cdc mdi liền kết động. Chỉ phí sửa chữa đăm báo kỹ thuật máy móc cơ khi ở tâm quốc gia tỉnh trang bình chiểm từ 1 + 39¡ thu nhập quốc đân/năm. Nếu chứng ta có những công nghệ tiễn tiến làm giảm hắn. được mài mòn của vật liệu, tăng được tuôi thọ của máy móc lên vải lần thi sé mang lat “hiệu quả hết sức lớn lao cho nên kinh tế quốc dân.

Ngoài việc giảm môn và nâng cao tuổi thọ việc nghiên cứu mòn vật liệu còn cho ta dy bao kha ning lam việc an toàn tin cậy của thiết bị máy móc, từ dẻ có kế hoạch thay thể, sửa chữa các chỉ tiết có hiệu quả. Diễu này đặc biệt quan trọng trong các máy có độ chính xác cao và hiện đại như các máy công cụ CMC, máy gia công tỉnh như các Tnấy mài, gác đây chuyển Lự động, v. Điểm chưng của các thiết bị này là chíng đêu được trang bị động cơ điện DC hoặc AC. Mặc đà động cơ điện AC đền có cầu Tạo đơn.

giản, công suất lớn, đễ vận hành hơn động cơ điện DC nhưng do những ưu điểm của mình mà động cơ diện DC vân không thẻ thiểu trong nền sản xuất hiện đại. Trong, động cơ điện DC cặp ma sát chối than & cố góp là một trong những bộ phân cầu thành quan trọng quyết định biổi thọ và độ tín cây của động cơ, việc nghiên cứu, xác dịnh dược tuổi thọ dự kiền của cặp chỗi than & cỗ góp vá đưa ra dự doan kha năng thay thể chối than, bao dưỡng sửa chữa phục hỏi cổ góp là thực sự cần thiết. Chính vì vậy để lài của luận vấn đã chọn hưởng nghiên cứu là “Nghiên cửu thực ng) ệm môn của cặp mai sát cổ gốp động cơ diện DC”. CH2013B Viện Cơ khí, BS mon may & Ma sat hoe DANH MUC HINH ANH, BAN VR, BANG BIEU Hình 1.1, Sơ dễ hình học bề mặt của một vật rần.

11 Hình L2 Ms ie cu i al bi rong trường họp chả nồi môn dụng và dụng Í. Mô hình cầu trúc lớp bê mặt ldi rác loại1. Mã bình cầu trúc của các lớp bề mặt khi bị rác loại II Hình 1. Mô hình câu trúc của các lớp bề mặt ma sát bị phá hủy đo mỗi Hình 1.

Mô hình câu trúc của các lớp bề mặt khi môn Frvtting, Tình 1.7, Sự phụ thuộc của lượng môn U véo thời gian t hay quãng đường ra sói1,. Sự thay đổi của bê mặt hình học trong quá trình chạy ra. Thay adi của cường độ môn vào tải trọng của thấp có 2060 voi v = 2. Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện DC Hình 2.

Câu tạo của động cơ điện 1 chiều Hình 2. Sơ dỗ trải của động cơ diện 1 chiều. Cực từ và vỗ Hình 2. Phần ứng Hình 2.

Cô góp và chỗi than Hình 2,0, Các loại chỗi thaH. Cầu tạo của Chỗi than tự động (automatic cut-off).11, Cầu tạo của cễ góp Hình 2. Các loại cỗ gop Hình 2. Các loại phiên góp Hình 2.14, Mica cách diện chờ cỗ góp .oceceenieiierre Hình 2,15, Cầu tạo dại thép của 06 262.

Rãnh món trên bê một cỗ QO) ccccccccessssssessssesssssessteee ansvesee Hình 2. Tiếp xúc của chối than và cỗ góp. Bê mặt chối than làm việc bình thường. Bê mặt chỗi than còn làm việc được Hình 2.20, Bề mặt chỗi than không dạt yêu cầu Hình 2.

Động cơ quá bẵn gây kẹt hoặc phá hủ) nam chÂM. co C20130 Viện Cơ khí, BS mon may & Ma sat hoe 2. Cac đạng hư hỏng của cỗ góp & chỗi than. Môn chỗi NAH.

Hư hỏng bê mũi cỗ góp $7 2. Phương pháp tính môn cho cổ góp & chỗi than él 1. Kết luận chhrơng 2 - 62 CHUONG3: NGHTEN CUU MON THUC NGHTEM CO GOP DONG CO DEEN TREN MAY BK MCG. Mục đích thực nghiệm - - - 63 3.

Phương pháp thực nghiệm.3, Mẫu cỗ góp chỗi than trong thực nghiệm mỏn. Thiết bị đo mòn cặp ma sát chỗi than & cổ góp BK-MCG. Thông số cơ bản và trình tự thực nghiệm đo mòn cễ góp & chỗi than. Kết quả thực nghiệm.

Xác định thing sé ban dau - 6 .Ä362 Vác định lượng mòn của chỗi tham tà cổ gápở† =4, E= 10h, £— 19h, F—20h. Xây dựng đường cong mòn thực nghiệm và tính tuổi thọ cửa cặp ma sát.71 371 Tỉnh cường độ mòn của chỗi fhat.72 Tinh cường độ mòn của Cỗ góp.73 Xác định tỗi thọ cña chỗi tham trân cơ sẽ mòn thực nghiệm 74 3.74 Xác định tuôi thọ câa cỗ gấp trên cơ xở mòn thực nghiện: 75 3ð Kết luận chưởng. TÔ KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 79 CH2013B Cơ khí a indy dc Ma sát học 3.

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, nhạm vi nghiên cứu Tể tắi “Nghiên cửu thực nghiệm rnởn của cặp ma sắt cô góp động cơ dién DC” tập trung vào khảo sát mòn cặp rủa sắt cổ góp chối than động cơ điện DC trong điều kiện phòng thí nghiệm, từ đó dưa ra quy luật và xây dựng dường cong mòn thực nghiệm để dự bảo tuổi thọ của chối than, cùng như thời gian cần bão đưỡng sửa chữa phục Hồi cổ góp. Đổi tưựng nghiên cửu Tối tượng nghiên cứu là cặp ma sát cổ góp & chối than thông dụng, phố biển. trên thị trường. Chỗi llem: Chỗi than 153 Trung quốc, chối than Makita A-88536, chỗi than DCA, chổi than Malsta 417A; Cổ góp Makita (Sản xuất tại Trung Quá).

Đây là những loại chổi than và cỗ góp phố biển trên thị trường, được sử dụng khá Trhiển trong bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế của động cơ điện DC. "Phạm vi nghiên cứu Tham v1 nghiên cứu luận án tập trung nghiên cứu, khảo sắt mèn cặp ma sắt cố góp chỗ: em động cơ điện DC trong điều kiên phòng thú nghiện.