Nghiên cứu ma sát cặp thép – đồng khi sử dụng mỡ bôi trơn sản xuất từ dầu cá ba sa

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC NGHIÊN CỨU MA SÁT CẶP THÉP – ĐỒNG KHI SỬ DỤNG MỠ BÔI TRƠN SẢN XUẤT TỪ DẦU CÁ BA SA A FRICTIONAL RESEARCH OF STEEL-COPPER CABLE USING OIL PRODUCTION FROM REFINED FAT FROM CATFISH Nguyễn Văn Tâm1, Quách Đình Liên2 Ngày nhận bài: 03/4/2013; Ngày phản biện thông qua: 19/6/2013; Ngày duyệt đăng: 10/12/2013 TÓM TẮT Nghiên cứu ma sát cặp thép – đồng sử dụng chất bôi trơn là mỡ tự sản xuất từ dầu cá ba sa với chất làm đặc là 12 – StOLi đồng thời khảo nghiệm đối chứng với với mỡ bôi trơn thông dụng Castrol-Spheerol AP3 nhằm đánh giá khả năng bôi trơn của mỡ tự sản xuất. Kết quả nghiên cứu cho thấy, mỡ bôi trơn tự sản xuất từ dầu cá basa với chất làm đặc là 12 – StOLi có các tính năng tương đương mỡ Castrol-Spheerol AP3. Từ khóa: mỡ bôi trơn, dầu tinh chế mỡ cá basa, chất làm đặc ABSTRACT A frictional research of steel-copper cable, which used lubricating grease made up of the refi ned fat from catfi sh (catfi sh grease) and the solidifying substance being 12-StOLi, simultaneously test Castrol-Spheerol AP3 grease as control sample to assess the ability of this lubricating grease. The result shows that the lubrication of lubricating grease produced from refi ned fat from catfi sh solidifying substance 12 - StOLi could be similar to Castrol - Spheerol AP3grease. Keywords: Lubricating grease, refi ned fat from catfi sh,solidifying substance I. ĐẶT VẤN ĐỀ 12 - StOLi. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng: mỡ Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công bôi trơn được sản xuất từ mỡ cá basa có những chỉ nghiệp tiêu tốn một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch tiêu kỹ thuật cơ bản tương đương với mỡ bôi trơn trong khi các nguồn nhiên liệu này đang ngày càng đa dụng NLGI cấp 3 có nguồn gốc từ dầu khoáng cạn kiệt. Để góp phần khắc phục thực trạng này, và dầu thực vật đang được sử dụng để bôi trơn cho hiện nay các nhà khoa học đang tích cực nghiên thiết bị tàu thủy 5. cứu các nguồn nhiên liệu mới thay thế các nguồn Với mong muốn đưa sản phẩm nghiên cứu vào nhiên liệu truyền thống. Trong đó, xu hướng thay ứng dụng thực tế, chúng tôi tiến hành khảo sát thử thế dần các sản phẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ nghiệm khả năng bôi trơn của mỡ sản xuất được, và bằng các sản phẩm có nguồn gốc từ dầu động thực một số kết quả bước đầu được trình bày trong bài vật đang rất được quan tâm. Tại Việt Nam, đã có viết này. nhiều công trình nghiên cứu sử dụng dầu thực vật II. ĐỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP [2,3], mỡ động vật [1,5,6], để sản xuất mỡ bôi trơn dùng trong công nghiệp. NGHIÊN CỨU Cùng với mục đích trên, năm 2010 chúng 1. Đối tượng nghiên cứu tôi đã tiến hành nghiên cứu sản xuất thử mỡ bôi Đối tượng NC là cặp ma sát thép - đồng khi sử trơn tinh chế từ mỡ cá basa với chất làm đặc là dụng mỡ bôi trơn tự sản xuất từ dầu tinh chế mỡ cá 1 ThS. Nguyễn Văn Tâm: Khoa Đại học Tại chức - Trường Đại học Nha Trang 2 PGS.TS. Quách Đình Liên: Trường Đại học Nha Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 33 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013 ba sa với chất làm đặt là 12 - StOLi [5] và mỡ bôi trơn đối chứng Castrol-Spheerol AP3. - Cặp mẫu ma sát đồng thau và thép các bon kết cấu C45 cường hóa, có kích thước trình bày trên hình 2, một số thông số cơ tính đặc trưng, trình bày trên bảng 1. Bảng 1. Thông số cơ tính của mẫu nghiên cứu σ σ σ τ b ch -1F -1 d , % Mẫu S N/mm2(MPa) Thép C45 cường hóa 640760 360 270350 160210 17 Đồng thau 303 72 724 0,52 - - Mỡ bôi trơn tự sản xuất từ dầu tinh chế mỡ cá ba sa với chất làm đặt là 12 – StOLi có đặc điểm trình bày tại bảng 2. Bảng 2. Tính chất hóa lý của mỡ bôi trơn sản xuất từ dầu tinh chế mỡ cá ba sa Phương pháp STT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Kết quả ASTM D 1 Độ xuyên kim 217-10 10-1 mm 224 2 Nhiệt độ nhỏ giọt 566-06 0C 180 3 Ăn mòn tấm đồng 130-04 - 1a 4 Hàm lượng nước 95 - 05 % 0,4 5 Độ rửa trôi 1264-00 % 5,2 6 Độ bền keo GOST 7142 % 10,52 7 Độ bền cơ học 1831-99 - 17 8 Hàm lượng kiềm GOST 6370 %NaOH 0,15 9 Tải trọng hàn dính 2783-03 N 1750 - Mỡ Castrol-Spheerol AP3 có đặc điểm trình bày tại bảng 3. Bảng 3. Tính chất hóa lý của mỡ bôi trơn Castrol-Spheerol AP3 STT Castrol Spheerol AP3 Trị số 1 Phân loại NLGI 3 2 Độ xuyên kim 235x10-1 mm 3 Điểm chảy giọt 180oC 4 Tách dầu, 18h/40ºC 0,5% 5 Áp lực thủy động tại 40ºC Max, 700 mbar 6 Kháng nước, 3h/90ºC Max, Degree 1 7 Tách dầu 7d/40ºC Max, 1,80% 8 Độ ổn định oxy hóa,100h/100ºC Max 0,7 Kg/cm2 9 Mất mát do bay hơi, 22h/100ºC Max 2% 10 Nhiệt độ làm việc Từ 65 đến 130ºC 2. Thiết bị nghiên cứu Thiết bị phục vụ NC là máy ma sát MS-TS1.1 tại Phòng thực hành vật liệu, Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Nha Trang. Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy MS-TS1.1 như sau: 34 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013 - Đặc điểm cấu tạo Dùng vít me (14) để gây tải, gá lắp và điều chỉnh mẫu thử (13) và đối mẫu (12) tiếp xúc với nhau, lúc chưa chịu tác dụng do lực ma sát gây ra thì cần gá đối mẫu (18) đứng yên ở vị trí ban đầu, lúc này giá trị của cảm biến đo lực ma sát bằng 0. Khi chịu lực tác dụng của tải trọng, sẽ ép hai mẫu thử lại khi đó lực ma sát sinh ra giữa hai mẫu thử. Dùng cảm biến điện tử đo lực ma sát (17), kết quả đo báo về bộ vi xử lý đã được lập trình, lúc này hệ số ma sát được tính toán và thể hiện trên màn hình máy tính. Mỡ bôi trơn được bôi lên bề mặt của đối mẫu 12 trong quá trình thực nghiệm bằng phương pháp bôi trơn cưỡng bức bằng vú mỡ. Hình 1. Sơ đồ cấu tạo máy khảo nghiệm ma sát MS-TS1.1 1. Khung máy 14. Vít me điều chỉnh mẫu thử và gây tải 3. Phương pháp nghiên cứu 2. Giá đỡ cảm biến 15. Tay quay 3,4. Cảm biến đo tải 16. Trục gá cảm biến đo lực ma sát - Nghiên cứu thực nghiệm dựa trên việc khảo 5. Lò xo 17. Cảm biến đo lực ma sát sát hệ số ma sát của cặp ma sát thép - đồng dùng 6,7. Ổ và gối đỡ trục chính 18. Gối đỡ, cần gá đối mẫu thử 8. Bộ chuyền động đai 19. Trục, gá đối mẫu thử mỡ tự SX bôi trơn. Đồng thời khảo sát đối chứng khi 9. Ống then hoa 20. Vít me căng đai 10. Ổ đỡ và gối đỡ trục chính 21. Động cơ biến tần dùng mỡ bôi trơn Castrol-Spheerol AP3. 11. Trục then hoa gắn mẫu thử 22. Vít me điều chỉnh thanh gá cảm biến mòn - Chọn chế độ và điều kiện làm việc cho cặp ma 12. Đối mẫu thử (đĩa thép) 23. Thanh gá cảm biến mòn 13. Mẫu thử (đồng thau) sát trên cơ sở khảo sát chế độ làm việc thực tế của - Nguyên lý làm việc ổ đỡ trượt trong máy tời lưới kéo tàu thủy cụ thể: Khi động cơ biến tần (21) làm việc, thông qua + Tải (áp lực): 10; 20; 30; 40; 50; 60 (N). bộ truyền đai (8) truyền mô men quay đến trục (11) + Tốc độ: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 (m/s). có gắn đối mẫu thử (12) làm mẫu thử quay. Bộ + Môi trường: mỡ bôi trơn. truyền được căng đai nhờ vít me và đai ốc (20). Để - Mẫu khảo nghiệm ma sát: thay đổi số vòng quay của đối mẫu thử (12) ta điều Mẫu được chế tạo bằng thép C45 và mẫu đồng chỉnh tốc độ vô cấp nhờ động cơ DC servo (21). thau (hình 2). Sau khi gia công mẫu hình trụ tròn Muốn thay đổi tải tác dụng lên mẫu thử ta quay tay như hình vẽ, tiến hành mài phẳng để lấy mặt phẳng quay (15). Để xác định chính xác tải tác dụng dùng của mẫu. Diện tích tiếp xúc danh nghĩa của mẫu cảm biến (3) đo lực tác dụng. S=7,06mm2 . A. Đối mẫu và mẫu khảo nghiệm B. Mẫu khảo nghiệm Hình 2. Mẫu khảo nghiệm hệ số ma sát TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 35 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013 - Sơ đồ khảo nghiệm ma sát cặp mẫu thử (hình 3) Hình 3. Sơ đồ khảo nghiệm ma sát cặp thép-đồng khi dùng mỡ bôi trơn - Tiến hành khảo nghiệm: cho máy chạy theo từng chế độ tải và tốc độ, ghi nhận số liệu từ phần mềm của máy tính. - Xử lý số liệu thực nghiệm: theo phương pháp so sánh giá trị trung bình ở mức ý nghĩa 5% [7]. III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Kết quả khảo sát Hệ số ma sát của cặp thép - đồng khi bôi trơn bằng mỡ cá ba sa trình bày trên bảng 4. Bảng 4. Kết quả đo hệ số ma sát khi bôi trơn bằng mỡ cá ba sa Áp lực P=10N P=20N P=30N P=40N P=50N P=60N Vận tốc V=0,5m/s 0,0442 0,0535 0,0539 0,0735 0,1228 0,1518 V=1,0m/s 0,0494 0,0568 0,0604 0,0805 0,1317 0,1786 V=1,5m/s 0,0548 0,0575 0,0697 0,1023 0,1444 0,2044 V=2,0m/s 0,0595 0,0699 0,0889 0,1299 0,1907 0,2601 V=2,5 m/s 0,0611 0,0812 0,1030 0,1386 0,2003 0,2702 V=3,0m/s 0,0739 0,0869 0,1142 0,1483 0,2236 0,2811 - Sử dụng phần mềm Matlab 2011 vẽ được đồ - Qua bảng 4 cho thấy: hệ số ma sát tỷ lệ thuận thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số ma sát với tải, với vận tốc trượt và khả năng chịu tải. Cụ thể, ở tốc độ của cặp ma sát thép - đồng khi bôi trơn bằng mức tải 10N, khi vận tốc trượt tăng dần từ 0.5 đến mỡ cá ba sa (hình 4). 3m/s thì hệ số ma sát cũng tăng dần từ 0.0442 đến 0.0739. Hệ số ma sát cũng biến đổi như vậy ở các mức tải lớn hơn. Tương tự, ở dải tốc độ là 1m/s, khi tải trọng tăng dần từ 10 – 60 N, hệ số ma sát cũng tăng dần từ 0,0494 đến 0,1786. Hệ số ma sát vẫn tiếp tục tăng dần cùng sự tăng tải trọng ở các dải vận tốc khác. Khảo sát sự biến thiên của hệ số ma sát khi vận tốc trượt và tải trọng đồng thời thay đổi ta nhận thấy: Khi vận tốc trượt nhỏ (0,5 – 1)m/s và tải trọng (10 – 40)N hệ số ma sát thay đổi không đáng kể, khi tải trọng tăng lên (50 – 60)N hệ số ma sát bắt đầu tăng cao do màng bôi trơn bắt đầu mất ổn định. Hình 4. Mối quan hệ giữa hệ số ma sát cặp thép - đồng, ở tải (10-60) N, tốc độ (0,5-3,0)m/s khi bôi trơn bằng mỡ Khi vận tốc trượt tăng (1,5 – 2)m/s hệ số ma sát cá ba sa tự sản xuất tăng. Lúc này mỡ bôi trơn chỉ có tác dụng bôi trơn 36 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013 tốt ở mức tải (10 – 30) N, tại giá trị 40N mỡ đã bắt giá trị tải trọng mà tại đó mỡ bắt đầu mất tác dụng đầu mất tác dụng làm cho hệ số ma sát tăng vượt giảm xuống còn khoảng 30N. quá giá trị 0.1. 2. Kết quả khảo sát đối chứng Khi vận tốc trượt lớn (2,5 – 3) m/s hệ số ma sát Hệ số ma sát của cặp thép – đồng khi bôi trơn tăng cao nhất đồng thời khoảng tải trọng mà mỡ có tác bằng mỡ Castrol – speerol AP3 (bảng 5). dụng bôi trơn tốt cũng thu hẹp ở khoảng (10 – 20) N, Bảng 5. Kết quả đo hệ số ma sát khi bôi trơn bằng mỡ Castrol-spheerol AP3 Áp lực P=10N P=20N P=30N P=40N P=50N P=60N Vận tốc V=0,5m/s 0,0440 0,0521 0,0544 0 0636 0,0998 0,1323 V=1,0m/s 0,0492 0,0563 0,0570 0,0813 0,1071 0,1486 V=1,5m/s 0,0548 0,0575 0,0797 0,1123 0,1644 0,2244 V=2,0m/s 0,0593 0,0704 0,0894 0,1303 0,1917 0,2619 V=2,5 m/s 0,0661 0,0914 0,1128 0,1393 0,2303 0,2799 V=3,0m/s 0,0839 0,0964 0,1242 0,1683 0,2436 0,3005 - Sử dụng phần mềm Matlab 2011 vẽ được đồ lực lớn (v= 0,5 -1m/s, p= 50N) hệ số ma sát của thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số ma sát với tải, cặp ma sát thép đồng được bôi trơn bằng MBTBS tốc độ của cặp ma sát thép - động khi bôi trơn bằng lớn hơn so với cặp ma sát thép đồng được bôi trơn mỡ Castrol-spheerol AP3 (hình 5). bằng MBT Castrol-Spheerol AP 3, còn ở vận tốc trượt lớn thì ngược lại hệ số ma sát của cặp ma sát thép đồng được bôi trơn bằng MBTBS lại nhỏ hơn so với cặp ma sát thép đồng được bôi trơn bằng MBT Castrol-Spheerol AP3. Tuy nhiên sự khác biệt này lại không có ý nghĩa thống kê. Qua đồ thị, ta thấy sự biến thiên hệ số ma sát của cặp ma sát thép – đồng khi được bôi trơn bằng MBTBS và mỡ Castrol – speerol AP3, trong vùng vận tốc từ 0.5 đến 3 m/s và tải trọng từ 10 đến 60 N là tương tự như nhau. IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Hình 5. Mối quan hệ giữa hệ số ma sát với tải tải (10-60) N, Qua khảo sát hệ số ma sát cặp thép – đồng tốc độ (0,5-3,0)m/s của cặp ma sát thép –đồng được bôi trơn bằng Castrol-spheerol AP3 trên máy khảo nghiệm ma sát MS-TS1.1 cho thấy hệ số ma sát của cặp ma sát trục thép – bạc đồng Qua bảng 5 cho thấy: khi được bôi trơn bằng được bôi trơn bằng MBTBS có hệ số ma sát tương mỡ Castrol – spheerol AP3 hệ số ma sát tỷ lệ thuận đương so với hệ số ma sát của cặp ma sát được với vận tốc và tải trọng. Ngoài ra, khi vận tốc trượt bôi trơn bằng MBT Castrol-Spheerol AP 3 đang sử tăng, khoảng tải trọng mà ở đó mỡ còn tác dụng bôi dụng cho các cặp ma sát trục thép bạc đồng trên trơn tốt cũng giảm dần, giá trị tải trọng và tại đó mỡ thiết bị tàu thủy. Kết quả này cho thấy: trong điều bắt đầu mất tính ổn định cũng giảm dần. Cụ thể, khi kiện thí nghiệm mỡ bôi trơn sản xuất từ dầu cá basa vận tốc trượt khoảng (0,5 – 1) m/s thì mỡ bắt đầu với chất lảm đặc là 12 – StOLi có thể bôi trơn trên mất mất tác dụng tại áp lực 50N, khi vận tốc trượt cặp ma sát thép đồng với những tính năng không tăng khoảng (1,5 – 2) m/s và (2,5 – 3) m/s giá trị thua kém mỡ Castrol-Spheerol AP3. này giảm xuống lần lượt ở các mức 40N và 30N. Như vậy, các thông số này tương tự khi bôi trơn 2. Kiến nghị bằng MBTBS. - Đưa vào thử nghiệm thực tế, bôi trơn cho một Ngoài ra, cần phải nói thêm, mặc dù giá trị thực số thiết bị tàu thủy như: cặp trục bạc máy tời lưới tế từ bảng 4 và 5 cho thấy rằng: ở vận tốc nhỏ, áp kéo hoặc tời neo, thiết bị nâng. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 37 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013 - Tiếp tục nghiên cứu để đánh giá các thông số tính năng của mỡ tự sản xuất như: độ bền, khả năng ăn mòn (trong môi trường nhiệt, nước biển). - Từ kết quả nghiên cứu thực tế để điều chỉnh qui trình công nghệ, điều chỉnh hàm lượng chất làm đặc, chất phụ gia nhằm nâng cao tính năng bôi trơn cho mỡ được sản xuất từ dầu ca ba sa vừa tận dụng nguồn nguyên liệu phong phú giá rẻ vừa bảo vệ môi trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Kim Diên, 2003. Nghiên cứu quá trình và công nghệ sản xuất mỡ bôi trơn Liti đa dụng sử dụng thích hợp với điều kiện Việt Nam. Luật án Tiến sĩ Hóa học. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 2. Đỗ Huy Định, 2005. Nghiên cứu sản xuất mỡ bôi trơn cao cấp trên cơ sở biến tính dầu thực vật. Đề tài độc lập cấp Nhà nước. 3. Phạm Thị Thúy Hà, 2007. Nghiên cứu quá trình và công nghệ sản xuât mỡ bôi trơn đa dụng phân hủy sinh học gốc xà phòng Liti trên nền dầu thực vật. Luận án Tiến sĩ Hóa học. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 4. Phan Hiếu Hiền, 2001. Phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu. NXB Nông nghiệp. 5. Lê Thị Thanh Hương, Trần Thị Việt Hoa, Nguyễn Thị Ngọc Bích, 2006. Tổng hợp AKD từ mỡ cá ba sa sử dụng trong công nghiệp xeo giấy. Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, số 7: 49 – 56. 6. Nguyễn Văn Tâm, 2012. Khảo sát một số tính chất lý hóa cơ bản của mỡ bôi trơn từ dầu tinh chế mỡ cá basa với chất làm đặc là 12 – StOLi. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản số 1 năm 2013. 7. Nguyễn Thái Vũ, 2007. Bài giảng Thiết bị mặt boong. Trường Đại học Nha Trang. 38 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG