Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 33

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 TẮTNghiên 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

ABSTRACTA 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

1 ThS. Nguyễn Văn Tâm: Khoa Đại học Tại chức - Trường Đại học Nha Trang2 PGS.TS. Quách Đình Liên: Trường Đại học Nha Trang

THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC

I. ĐẶT VẤN ĐỀSự phát triển mạnh mẽ của các ngành công

nghiệp tiêu tốn một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch trong khi các nguồn nhiên liệu này đang ngày càng cạn kiệt. Để góp phần khắc phục thực trạng này, hiện nay các nhà khoa học đang tích cực nghiên cứu các nguồn nhiên liệu mới thay thế các nguồn nhiên liệu truyền thống. Trong đó, xu hướng thay thế dần các sản phẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ bằng các sản phẩm có nguồn gốc từ dầu động thực vật đang rất được quan tâm. Tại Việt Nam, đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng dầu thực vật [2,3], mỡ động vật [1,5,6], để sản xuất mỡ bôi trơn dùng trong công nghiệp.

Cùng với mục đích trên, năm 2010 chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu sản xuất thử mỡ bôi trơn tinh chế từ mỡ cá basa với chất làm đặc là

12 - StOLi. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng: mỡ bôi trơn được sản xuất từ mỡ cá basa có những chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản tương đương với mỡ bôi trơn đa dụng NLGI cấp 3 có nguồn gốc từ dầu khoáng và dầu thực vật đang được sử dụng để bôi trơn cho thiết bị tàu thủy 5.

Với mong muốn đưa sản phẩm nghiên cứu vào ứng dụng thực tế, chúng tôi tiến hành khảo sát thử nghiệm khả năng bôi trơn của mỡ sản xuất được, và một số kết quả bước đầu được trình bày trong bài viết này.

II. ĐỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng NC là cặp ma sát thép - đồng khi sử

dụng mỡ bôi trơn tự sản xuất từ dầu tinh chế mỡ cá

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013

34 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

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

Mẫuσb σch σ-1F τ-1

dS, %

N/mm2(MPa)

Thép C45 cường hóa 640…760 360 270…350 160…210 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

STT Tên chỉ tiêu Phương phápASTM D Đơn vị tính Kết quả

123456789

Độ xuyên kimNhiệt độ nhỏ giọtĂn mòn tấm đồngHàm lượng nướcĐộ rửa trôiĐộ bền keoĐộ bền cơ họcHàm lượng kiềmTải trọng hàn dính

217-10566-06130-0495 - 05

1264-00GOST 7142

1831-99GOST 6370

2783-03

10-1 mm0C-

%%%-

%NaOHN

2241801a0,45,2

10,5217

0,151750

- 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 cứuThiết 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:

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 35

Hình 1. Sơ đồ cấu tạo máy khảo nghiệm ma sát MS-TS1.11. Khung máy2. Giá đỡ cảm biến3,4. Cảm biến đo tải 5. Lò xo6,7. Ổ và gối đỡ trục chính8. Bộ chuyền động đai9. Ống then hoa10. Ổ đỡ và gối đỡ trục chính11. Trục then hoa gắn mẫu thử12. Đối mẫu thử (đĩa thép)13. Mẫu thử (đồng thau)

14. Vít me điều chỉnh mẫu thử và gây tải15. Tay quay16. Trục gá cảm biến đo lực ma sát17. Cảm biến đo lực ma sát18. Gối đỡ, cần gá đối mẫu thử19. Trục, gá đối mẫu thử20. Vít me căng đai21. Động cơ biến tần22. Vít me điều chỉnh thanh gá cảm biến mòn23. Thanh gá cảm biến mòn

- Nguyên lý làm việcKhi động cơ biến tần (21) làm việc, thông qua

bộ truyền đai (8) truyền mô men quay đến trục (11) có gắn đối mẫu thử (12) làm mẫu thử quay. Bộ truyền được căng đai nhờ vít me và đai ốc (20). Để thay đổi số vòng quay của đối mẫu thử (12) ta điều chỉnh tốc độ vô cấp nhờ động cơ DC servo (21). Muốn thay đổi tải tác dụng lên mẫu thử ta quay tay quay (15). Để xác định chính xác tải tác dụng dùng cảm biến (3) đo lực tác dụng.

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.

3. Phương pháp nghiên cứu- Nghiên cứu thực nghiệm dựa trên việc khảo

sát hệ số ma sát của cặp ma sát thép - đồng dùng mỡ tự SX bôi trơn. Đồng thời khảo sát đối chứng khi dùng mỡ bôi trơn Castrol-Spheerol AP3.

- Chọn chế độ và điều kiện làm việc cho cặp ma sát trên cơ sở khảo sát chế độ làm việc thực tế của ổ đỡ trượt trong máy tời lưới kéo tàu thủy cụ thể:

+ Tải (áp lực): 10; 20; 30; 40; 50; 60 (N).+ Tốc độ: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 (m/s).+ Môi trường: mỡ bôi trơn.- Mẫu khảo nghiệm ma sát:Mẫu được chế tạo bằng thép C45 và mẫu đồng

thau (hình 2). Sau khi gia công mẫu hình trụ tròn như hình vẽ, tiến hành mài phẳng để lấy mặt phẳng của mẫu. Diện tích tiếp xúc danh nghĩa của mẫu S=7,06mm2 .

A. Đối mẫu và mẫu khảo nghiệm

B. Mẫu khảo nghiệmHình 2. Mẫu khảo nghiệm hệ số ma sát

- Đặc điểm cấu tạo

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013

36 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

- Sử dụng phần mềm Matlab 2011 vẽ được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số ma sát với tải, tốc độ của cặp ma sát thép - đồng khi bôi trơn bằng mỡ cá ba sa (hình 4).

- Qua bảng 4 cho thấy: hệ số ma sát tỷ lệ thuận với vận tốc trượt và khả năng chịu tải. Cụ thể, ở mức tải 10N, khi vận tốc trượt tăng dần từ 0.5 đến 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.

Khi vận tốc trượt tăng (1,5 – 2)m/s hệ số ma sát tăng. Lúc này mỡ bôi trơn chỉ có tác dụng bôi trơn

- 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 sátHệ 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 lựcVận tốc

P=10N P=20N P=30N P=40N P=50N P=60N

V=0,5m/s 0,0442 0,0535 0,0539 0,0735 0,1228 0,1518V=1,0m/s 0,0494 0,0568 0,0604 0,0805 0,1317 0,1786V=1,5m/s 0,0548 0,0575 0,0697 0,1023 0,1444 0,2044V=2,0m/s 0,0595 0,0699 0,0889 0,1299 0,1907 0,2601V=2,5 m/s 0,0611 0,0812 0,1030 0,1386 0,2003 0,2702V=3,0m/s 0,0739 0,0869 0,1142 0,1483 0,2236 0,2811

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

cá ba sa tự sản xuất

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 37

tốt ở mức tải (10 – 30) N, tại giá trị 40N mỡ đã bắt đầu mất tác dụng làm cho hệ số ma sát tăng vượt quá giá trị 0.1.

Khi vận tốc trượt lớn (2,5 – 3) m/s hệ số ma sát tăng cao nhất đồng thời khoảng tải trọng mà mỡ có tác dụng bôi trơn tốt cũng thu hẹp ở khoảng (10 – 20) N,

giá trị tải trọng mà tại đó mỡ bắt đầu mất tác dụng giảm xuống còn khoảng 30N.

2. Kết quả khảo sát đối chứng Hệ số ma sát của cặp thép – đồng khi bôi trơn

bằng mỡ Castrol – speerol AP3 (bảng 5).

Bảng 5. Kết quả đo hệ số ma sát khi bôi trơn bằng mỡ Castrol-spheerol AP3

Áp lựcVận tốc

P=10N P=20N P=30N P=40N P=50N P=60N

V=0,5m/s 0,0440 0,0521 0,0544 0 0636 0,0998 0,1323V=1,0m/s 0,0492 0,0563 0,0570 0,0813 0,1071 0,1486V=1,5m/s 0,0548 0,0575 0,0797 0,1123 0,1644 0,2244V=2,0m/s 0,0593 0,0704 0,0894 0,1303 0,1917 0,2619V=2,5 m/s 0,0661 0,0914 0,1128 0,1393 0,2303 0,2799V=3,0m/s 0,0839 0,0964 0,1242 0,1683 0,2436 0,3005

- Sử dụng phần mềm Matlab 2011 vẽ được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số ma sát với tải, tốc độ của cặp ma sát thép - động khi bôi trơn bằng mỡ Castrol-spheerol AP3 (hình 5).

lực lớn (v= 0,5 -1m/s, p= 50N) hệ số ma sát của cặp ma sát thép đồng được bôi trơn bằng MBTBS lớn hơn so với cặp ma sát thép đồng được bôi trơn 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 luậnQua khảo sát hệ số ma sát cặp thép – đồng

trên máy khảo nghiệm ma sát MS-TS1.1 cho thấy hệ số ma sát của cặp ma sát trục thép – bạc đồng được bôi trơn bằng MBTBS có hệ số ma sát tương đương so với hệ số ma sát của cặp ma sát được bôi trơn bằng MBT Castrol-Spheerol AP 3 đang sử dụng cho các cặp ma sát trục thép bạc đồng trên thiết bị tàu thủy. Kết quả này cho thấy: trong điều kiện thí nghiệm mỡ bôi trơn sản xuất từ dầu cá basa với chất lảm đặc là 12 – StOLi có thể bôi trơn trên cặp ma sát thép đồng với những tính năng không thua kém mỡ Castrol-Spheerol AP3.

2. Kiến nghị- Đưa vào thử nghiệm thực tế, bôi trơn cho một

số thiết bị tàu thủy như: cặp trục bạc máy tời lưới kéo hoặc tời neo, thiết bị nâng.

Hình 5. Mối quan hệ giữa hệ số ma sát với tải tải (10-60) N, tốc độ (0,5-3,0)m/s của cặp ma sát thép –đồng được bôi trơn

bằng Castrol-spheerol AP3

Qua bảng 5 cho thấy: khi được bôi trơn bằng mỡ Castrol – spheerol AP3 hệ số ma sát tỷ lệ thuận với vận tốc và tải trọng. Ngoài ra, khi vận tốc trượt tăng, khoảng tải trọng mà ở đó mỡ còn tác dụng bôi trơn tốt cũng giảm dần, giá trị tải trọng và tại đó mỡ bắt đầu mất tính ổn định cũng giảm dần. Cụ thể, khi vận tốc trượt khoảng (0,5 – 1) m/s thì mỡ bắt đầu mất mất tác dụng tại áp lực 50N, khi vận tốc trượt tăng khoảng (1,5 – 2) m/s và (2,5 – 3) m/s giá trị này giảm xuống lần lượt ở các mức 40N và 30N. Như vậy, các thông số này tương tự khi bôi trơn bằng MBTBS.

Ngoài ra, cần phải nói thêm, mặc dù giá trị thực tế từ bảng 4 và 5 cho thấy rằng: ở vận tốc nhỏ, áp

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2013

38 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

- 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.