CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MA SÁT TRONG XYLANH - PISTON KHÍ NÉN
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
4.2 Thực nghiệm ảnh hưởng của độ ẩm tương đối đến lực ma sát trong xylanh – piston khí nén
Điều kiện thử nghiệm:
- XLPTKN: TGC50x150 – S, theo ISO 9001 -2008 có D = 50mm, d = 20mm, h = 150mm;
- Tốc độ dịch chuyển của XLKN 5, 10, 30, 50, 100mm/s;
- Hành trình dịch chuyển thực nghiệm: 80mm;
- Không bôi trơn cần Piston;
- Áp suất bằng áp suất khí quyển;
- Độ ẩm thay đổi: 51% ÷ 99%.
Để đánh giá ảnh hưởng của độ ẩm tương đối đến đặc tính ma sát trong XLPTKN, tiến hành thử nghiệm khảo sát lực ma sát tĩnh và động như sau: Đặt chế độ độ ẩm tương đối 51% khảo sát đặc tính ma sát lần lƣợt các tốc độ 5 mm/s, 10 mm/s, 30 mm/s, 50 mm/s, 100 mm/s, thu được các giá trị Fmst và Fmsd ở các tốc độ khác nhau. Tương tự như vậy tiến hành thực nghiệm ở các độ ẩm 75% và 99%. Mỗi thử nghiệm tiến hành 03 thí nghiệm song song và đƣợc xử lý theo quy hoạch thực nghiệm. Tổng hợp kết quả khảo sát lực ma sát tĩnh và động tương ứng với các tốc độ dịch chuyển trong điều kiện độ ẩm khác nhau như trong bảng 4.2
88 Bảng 4.2 Lực ma sát của XLPTKN theo tốc độ dịch chuyển và độ ẩm thực nghiệm
STT Tốc độ dịch chuyển v
(mm/s)
Lực ma sát tĩnh Fmst (N) Lực ma sát động Fmsd (N) RH
51%
RH 75%
RH 99%
RH 51%
RH 75%
RH 99%
1 5 40.45 37.89 33.91 20. 1 19.01 17.25
2 10 28.2 26.4 23.43 16.94 15.7 13.52
3 30 15.61 14.8 13.27 12.9 11.84 9.93
4 50 17.57 16.66 15.38 14.89 13.76 11.88
5 100 22.52 21.68 20.23 20.9 19.85 17.8
Từ số liệu thực nghiệm thu đƣợc bảng 4.2, mối quan hệ giữa lực ma sát tĩnh Fmst, lực ma sát động Fmsd và độ ẩm tương đối RH tại các tốc độ dịch chuyển khác nhau như được thể hiện trên hình 4.4 và hình 4.5
Hình 4.4 cho thấy lực ma sát tĩnh có xu hướng giảm khoảng từ 10 ÷ 16% khi độ ẩm tương đối tăng từ 51% ÷ 99% ở tất cả các tốc độ dịch chuyển tiến hành thực nghiệm.
Hình 4.5 cho thấy lực ma sát động Fmsd cũng có xu hướng giảm khoảng 14 ÷ 24% khi độ ẩm tương đối tăng từ 51% ÷ 99% ở tất cả các tốc độ dịch chuyển tiến hành thực nghiệm.
Căn cứ vào các đồ thị trên hình 4.4 và 4.5 cho thấy lực ma sát tĩnh và lực ma sát động đều chịu ảnh hưởng của độ ẩm tương đối, khi độ ẩm tương đối tăng thì ma sát giảm, nhưng ảnh hưởng của độ ẩm tương đối đến lực ma sát động lớn hơn lực ma sát tĩnh. Điều này có thể đƣợc giải thích bởi lớp màng ẩm trên bề mặt cần piston đóng vai trò nhƣ một lớp chất bôi trơn giới hạn trong qúa trình chuyển động và đặc tính bôi trơn của màng ẩm tùy thuộc vào giá trị độ ẩm tương đối trong qúa trình làm việc của XLPTKN. Trong trạng thái dịch chuyển ban đầu (quá trình đạt tới ma sát tĩnh) bề mặt tiếp xúc ít chịu ảnh hưởng của màng ẩm so với quá trình động. Vƣợt qua trạng thái dịch chuyển ban đầu hai bề mặt có sự dịch chuyển tương đối, lớp màng ẩm được cuốn vào bề mặt ma sát tạo ra hiệu ứng bôi trơn giới
40 60 80 100
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Fmsd (N)
RH (%)
v = 5mm/s v = 10mm/s v = 30mm/s v = 50mm/s v = 100mm/s
40 60 80 100
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
Fmst (N)
RH (%)
v = 5 mm/s v = 10 mm/s v = 30 mm/s v = 50 mm/s v = 100 mm/s
Hình 4.4 Đồ thị quan hệ lực ma sát tĩnh – độ ẩm tương đối
Hình 4.5 Đồ thị quan hệ lực ma sát động – độ ẩm tương đối
89
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 10
12 14 16 18 20 22
Fmsd (N)
v (mm/s)
51%
75%
99%
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 10
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
Fmst
v (mm/s)
51%
75%
99%
hạn, do đó làm tăng hiệu ứng bôi trơn của màng ẩm điều này đƣợc thể hiện rõ ràng khi độ ẩm đạt từ 95% trở lên.
Từ bảng số liệu 4.2 xây dựng đƣợc đồ thị thể hiện mối quan hệ lực ma sát tĩnh và động – tốc độ dịch chuyển ở các độ ẩm tương đối khác nhau: 51%, 75%, 99%. Trên hình 4.6 là sự phụ thuộc của lực ma sát tĩnh Fmst vào tốc độ dịch chuyển ở độ ẩm 51%, 75%, 99%.
Hình 4.7 là sự phụ thuộc của lực ma sát động Fmsđ vào tốc độ dịch chuyển độ ẩm 51%, 75%, 99%
Hình 4.6 Đồ thị quan hệ lực ma sát tĩnh – tốc độ dịch chuyển ở độ ẩm 51%,75%, 99%
Hình 4.7 Đồ thị quan hệ lực ma sát động – tốc độ dịch chuyển ở độ ẩm 51%, 75%, 99%.
Nhận xét chung: Hình 4.6 cho thấy sự phụ thuộc của lực ma sát tĩnh vào dịch chuyển hoàn toàn tuân theo dạng đường cong Stribeck, lực ma sát đạt giá trị nhỏ nhất trong vùng 25 ÷ 35 mm/s, ở tất cả các tốc độ khảo sát thực nghiệm giá trị lực ma sát tĩnh ở độ ẩm tương đối 51 % cao hơn ở độ ẩm tương đối 75% và cao hơn ở độ ẩm tương đối 99%.
Hình 4.7 cho thấy sự phụ thuộc ma sát động vào dịch chuyển cũng hoàn toàn tuân theo dạng đường cong Stribeck lực ma sát đạt giá trị nhỏ nhất trong vùng 25 ÷ 35 mm/s, ở tất cả các tốc độ khảo sát thực nghiệm, giá trị lực ma sát động ở độ ẩm tương đối 51% cao hơn ở độ ẩm tương đối 75% và cao hơn ở độ ẩm tương đối 99%.
Từ các đồ thị thu đƣợc sau khi xử lý kết quả thực nghiệm trên hình 4.6 và hình 4.7 cho thấy ảnh hưởng của độ ẩm tương đối tới ma sát động là lớn hơn rõ rệt so với ma sát tĩnh ở cả 5 tốc độ khảo sát.
Theo kết quả thực nghiệm trong phạm vi độ ẩm tương đối từ 51% ÷ 99% thì vùng có độ ẩm tương đối từ 75% ÷ 99 % có ảnh hưởng lớn hơn tới đặc tính ma sát của XLPTKN so với vùng có độ ẩm tương đối 51% ÷ 75%. Điều này có thể được giải thích do sự ngưng tụ màng ẩm trên bề mặt cần piston tạo hiệu ứng bôi trơn giới hạn, độ ẩm càng cao càng dễ tạo ra màng ẩm ngưng tụ trên bề mặt của cần piston do đặc tính ngưng tụ của hơi nước gần bão hòa.
90 Mối quan hệ tổng quát của lực ma sát tĩnh Fmst, lực ma sát động Fmsd trong XLPTKN phụ thuộc vào độ ẩm tương đối RH và tốc độ dịch chuyển trong thực nghiệm được thể hiện trên đồ thị hình 4.8
a – Lực ma sát tính b- Lực ma sát động
Hình 4.8. Đồ thị sự phụ thuộc của lực ma sát của XLPTKN vào độ ẩm tương đối và tốc độ dịch chuyển