CƠ KHÍ, ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
41
SỐ 4 - 2024
CÔNG NGHIỆP MỎ
Website: http://tapchi.hoimovietnam.vn
Đ
Đ
Á
Á
N
N
H
H
G
G
I
I
Á
Á
Đ
Đ
T
T
I
I
N
N
C
C
Y
Y
C
C
A
A
H
H
G
G
I
I
Đ
Đ
T
T
R
R
C
C
K
K
H
H
U
U
U
U
Đ
Đ
N
N
G
G
C
C
Ơ
Ơ
D
D
I
I
E
E
S
S
E
E
L
L
C
C
A
A
T
T
E
E
R
R
P
P
I
I
L
L
L
L
A
A
R
R
D
D
3
3
9
9
8
8
T
T
R
R
Ê
Ê
N
N
Đ
Đ
U
U
M
M
Á
Á
Y
Y
D
D
9
9
E
E
S
S
D
D
N
N
G
G
T
T
R
R
O
O
N
N
G
G
N
N
G
G
À
À
N
N
H
H
Đ
Đ
Ư
Ư
N
N
G
G
S
S
T
T
V
V
I
I
T
T
N
N
A
A
M
M
T
T
R
R
Ê
Ê
N
N
C
C
Ơ
Ơ
S
S
L
L
Ý
Ý
T
T
H
H
U
U
Y
Y
T
T
B
B
Ô
Ô
I
I
T
T
R
R
Ơ
Ơ
N
N
T
T
H
H
Y
Y
Đ
Đ
N
N
G
G
o n Chiến, Đỗ Đức Tuấn
*
, Nguyễn Đức Toàn
Trường Đại học Giao thông vận tải, 3Đ Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
THÔNG TIN BÀI BÁO
CHUYÊN MC: Công trình khoa hc
Ngày nhn bài: 24/5/2024
Ngày nhn bài sa: 05/6/2024
Ny chp nhn đăng: 10/7/2024
*
c gi liên h:
Email: ddtuan@utc.edu.vn
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
TÓM TT
Hin nay ngành đưng st Vit Nam đang s dng 13 loi đu máy diesel có xut x t 9 quc gia
khác nhau. Vi các sn phm nhp khu, các nhà sn xut ch cung cp các thông s k thut cơ bn,
n các thông s liên quan đến đ tin cy trong quá nh thiết kế, chế to không bao gi đưc chuyn
giao, mc dù đây là c thông s quan trng mà ngưi s dng cn biết. Tuy nhiên, cũng có th đánh giá
đưc mc tin cy ca các sn phm như vy sau quá trình thiết kế, chế to thông qua lý thuyết v độ tin
cy và c thông s k thut c th ca sn phm.
H gi đ trc khuu đng trên đu máy diesel đưc cu thành t các trưt có khe h bôi trơn
thủy đng. Theo lý thuyết đ tin cy, h gi đ trc khuu đưc coi là mt h thng các phn t trưt
liên kết ni tiếp. Trên cơ s lý thuyết v độ tin cy ca phn t và h thng nói chung cũng như ca mi
ghép trưt có khe h bôi trơn thủy động nói riêng, đã c đnh được độ tin cy riêng r ca các mi
ghép c trc - bc trc, c biên - bc biên vi tư ch các phn t đánh giá được độ tin cy tng
hp ca h gi đ trc khuu đng diesel Caterpillar D398 trên đu máy D9E s dng trong ngành
đưng st Vit Nam theo các thông s thiết kế ca nhà chế to, vi tư cách là mt h thng các phn t
liên kết ni tiếp.
Kết qu nghiên cu là cơ s tham kho cho các đơn v qun lý s dng trong vic xác đnh và đánh
giá các ch tiêu đ tin cy ca đu máy trong quá trình khai thác.
T khóa: đánh giá độ tin cy, h gi đ trc khuu, đng cơ đu máy diesel, đưng st Vit Nam.
@ Hi Khoa hc và Công ngh M Vit Nam
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay các nưc tiên tiến, thuyết đ tin
cậy đưc ng dng trong lĩnh vc khí theo hai
ng: trong quá trình thiết kế, chế to và trong
quá tnh s dng, khai thác sn phm.
Hin nay, Vit Nam có nhiu doanh nghip
tham gia vào quá trình thiết kế, chế to các sn
phm khí. Tuy nhiên, quá trình thiết kế vn ch
thc hin theo phương pháp truyn thng là thiết
kế và kim nghim theo đ bn, đ bn mi, đng
lc hc v.v. Vic thiết kế theo đ tin cậy hay đánh
CƠ KHÍ, ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
42 SỐ 4 - 2024
CÔNG NGHIỆP MỎ
Website: http://tapchi.hoimovietnam.vn
giá độ tin cy theo các thông s thiết kế hoàn toàn
chưa đưc thc hin vì chưa có các quy định, các
tiêu chun hay quy chun v lĩnh vc này.
Bên cnh đó, hin nay Vit Nam đang s
dng rt nhiu sn phm cơ khí nhp t c
ngoài. Các nhà sn xut ch cung cp các thông s
k thut cơ bn ca sn phm, mc dù vic thiết
kế theo đ tin cậy đã đưc thc hin, nhưng các
thông s v độ tin cy thiết kế không bao gi đưc
chuyn giao cho ngưi s dng. Trong lĩnh vc
đầu máy, toa xe đây cũng không phi là ngoi l.
Vn đ đặt ra là, có th nh dung hoặc đánh giá
đưc mc tin cy ca các sn phm như vy sau
quá trình thiết kế, chế to hay không?
Để gii quyết vn đy, đây đt ra mt bài
toán “ngưc”, đó , t c thông s k thut, thông
s kết cu cơ bn ca sn phm, áp dng các lý
thuyết đã biết v thiết kế khí theo đ tin cy, tiến
nh đánh gđ tin cy ca các sn phm đó sau
quá trình thiết kế.
Vi cách tiếp cn như vy, ni dung đ i
T2024-CK-011 đề cp ti việc đánh giá độ tin cy
ca h gi đ trc khuu mt s loi đng cơ đu
y diesel s dng trong ngành đưng st Vit
Nam như D9E, D12E, D13E... Do khuôn kh
hn, ni dung bài báo này gii thiu quá trình đánh
giá độ tin cy ca h gi đ trc khuu đng cơ
diesel Caterpillar D398 trên đu máy D9E s dng
trong ngành đưng st Vit Nam theo các thông
s thiết kế ca nhà chế to, trên cơ sthuyết đ
tin cy và bôi trơn thy đng.
2. D LIU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CU
2.1. Cơ s đánh giá đ tin cy ca mi ghép có
khe h bôi trơn thy đng
2.1.1. Cơ s c đnh kh năng ti và độ tin cy
ca mi gp
trưt hay mi ghép có khe h bôi trơn thy
động b hư hng là do chiuy nh nht ca
màng du bôi trơn
min
h
nh n chiu dày màng
du ti hn
th
h
. Đ đảm bo điu kin bôi trơn ma
sát ưt thì [1],[2]:
min 1 2
zz

, mm (1)
Trong đó:
s
- H s an tn quy ưc;
12
,
zz
RR
-
Độ nhám b mt ca các chi tiết, mm.
Kh năng ti
F
ca mi ghép được xác định
theo đưng kính, chiu dài, s vòng quay ca trc,
độ nht đng lc ca du bôi trơn và khe h
ngnh ca mi ghép [1],[2]:
23
22
30
ld nld
F



, N (2)
Trong đó:
d
- Đưng kính danh nghĩa mi ghép, mm;
l
-
Chiu dài ca mi ghép, mm;
n
- S vòng quay ca
chi tiết b bao, r/min (v/ph);
- Đ nht đng lc
ca du bôi trơn, Pa.s;
- Khe h ng kính ca
mi ghép, mm;
- H s kh năng ti.
H s kh năng ti
được c đnh gn đúng
theo công thc [1],[2]:
,
1
2th
m
h




,
(3)
Trong đó:
,
m
- H s, ph thuc vào t s
l
d
, đưc xác
định theo bng 2.7 [1],[2];
min
th
hh
- Chiu dy
ng du nh nht cho phép hay ti hn, mm.
Thay giá tr
trong công thc (3) vào công
thc (2) ta đưc [1],[2]:
3
,
2
1
30 2 th
nld
Fm
h




, N (4)
Khe h ng kính ca mi ghép
đại
ng thay đi theo nhit đ m vic, vì h s giãn
dài ca vt liu bc gi đ trc là khác nhau.
Như vy, ti trng
F
là hàm s ca đi ng ngu
nhiên khe h mi ghép
đ nht đng lc
ca du bôi trơn c chế độ nhit đ m vic
khác nhau.
Kh năng ti trung bình
F
được xác định trên
sở công thc (4) vi giá tr trung bình ca khe
h ng kính
độ nht đng lc trung bình
[1],[2]:
CƠ KHÍ, ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
43
SỐ 4 - 2024
CÔNG NGHIỆP MỎ
Website: http://tapchi.hoimovietnam.vn
3
,
2
1
30 2 th
nld
Fm h




, N (5)
Giá tr sai lch nh phương trung bình (độ lch
chun)
F
s
ca kh năng ti
F
được xác định n
sau [1],[2]:
22
3 3,
,2 2
32 2
21
30 2 30 2
F
th th
nld nld m
sm s s
hh










, N (6)
Ch s độ tin cy
hay đim phân v z đưc
c đnh theo công thc [2],[3],[4]:
22
r
r
FF
FF
ss
hay
22
r
r
FF
FF
z
ss
(7)
Trong đó:
r
F
,
r
F
s
- Giá tr trung bình (k vng) và sai lch
bình phương trung bình (độ lch chun) ca ti
trng ng tâm (ti trng thc tế) tác dng lên
mi ghép.
Độ tin cy hay xác sut làm vic không hng
ca mi ghép đưc xác định thông qua hàm phân
b chun chun hóa
hay
z
định bng
ch tra bng trong các Phc lc [1],[3],[4].
H gi đ trc khuu đng trên đu máy
diesel bao gm nhiu mi ghép trưt có khe h
bôi trơn thy đng, c thc mi ghép bc trc
- c trc và bc biên - c biên. Các mi ghép này
đưc coi là c phn t ca h thng gi đ. Theo
thuyết đ tin cy [1],[3],[4],[10],[11], các phn t
y được coi là liên kết ni tiếp. Khi đó độ tin cy
ca h đưc xác đnh như sau:
11 1
nn m
s i cti cbi
ii j
PP P P







(8)
Trong đó:
s
P
- Đ tin cy hay c sut làm vic không
hng ca h gi đ trc khuu;
i
P
- Độ tin cy hay
c sut làm vic không hng ca phn t (mi
ghép) th i o đó;
cti
P
- Độ tin cy hay xác sut
m vic không hng ca phn t (mi ghép) bc
trc - c trc th i , vi
cti cti
Pz
1
in
;
cbi
P
- Độ tin cy hay xác sut làm vic kng hng
ca phn t (mi ghép) bc biên c biên th j ,
vi
cbi cbi
Pz
1
jm
.
2.1.2. s xác đnh s thay đi ca khe h
ca mi ghép theo nhit đ làm vic ca du
bôi trơn đng
S thay đi ca khe h mi ghép
theo nhit
độ cn đưc xét đến là do s khác nhau ca h s
giãn dài ca vt liu gi đ trc. S thay đi khe
h mi ghép theo nhit đ làm vic ca du bôi
trơn đng được xác định theo công thc [2]:
00
2at


, mm (9)
Trong đó:
0
- Giá tr ca khe h
khi nhit đ môi trưng
chung quanh là
0
t
, mm;
t
- Nhit đ m vic thc
tế ca mi ghép,
o
C;
0
t tt

- s gia nhit đ,
o
C;
a
- Chiu dày ca bc gi đ, mm;
0
,

- H s
giãn dài ca vt liu bc gi đ và ngõng trc (c
trc, c biên);
s
- Sai lch bình phương trung bình
lch chun) ca khe h
, mm.
Độ lch ng kính hay dung sai ca khe h
mi ghép
được xác đnh trc tiếp t khe h ban
đầu (nguyên thy) ca ni ghép đã đưc cho trong
h kỹ thut. Giá tr
s
sai lch bình phương
trung bình (độ lch chun) ca khe h
đưc xác
định bng 1/6 min dung sai
theo quy tc ba
ch ma đi vi phân b chun [1],[2]. Khi nhit đ
t
thay đi thì
cũng thay đi, do đó đ tin cy ca
mi ghép là hàm s ca chế độ ti trng
F
khe
h mi gp
.
2.1.3. Cơ sc đnh các thông s ca du bôi
trơn đng cơ
2.1.3.1. s quy đi khi lưng riêng ca du bôi
trơn theo nhit đ
Việc quy đổi khi lưng riêng ca du bôi trơn
động đưc tiến hành theo công thc [9]:
CƠ KHÍ, ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
44 SỐ 4 - 2024
CÔNG NGHIỆP MỎ
Website: http://tapchi.hoimovietnam.vn
15 15 15
15 1 0, 0007 15
tp
tt




,
kg/m
3
(10)
Trong đó:
t
- Khi ng riêng ca du nhit đ tính
toán
t
o
C, kg/m
3
;
15
- Khi lưng riêng ca du
15
o
C, kg/m
3
;
t
- Nhit đ tính toán,
o
C.
2.1.3.2. s quy đi đ nht đng hc ca du
bôi trơn sang đ nht đng lc
Vic quy đi đ nht đng hc ca du bôi trơn
sang đ nht đng lực được tến hành theo công
thc [9]:

, Pa.s (11)
Trong đó:
- Đ nht đng lc, Pa.s (N.s/m
2
);
- Đ
nht đng hc, sSt (mm
2
/s);
- khi lưng riêng
ca du bôi trơn, kg/m
3
(N.s
2
/m
4
).
2.1.3.3. s quy đi đ nht ca du bôi trơn
theo nhit đm vic
Vic quy đi đ nht theo nhit đ da theo mô
hình ca Vogel như sau [7]:
exp
t
b
a
tc



, Pa.s (12)
Trong đó:
t
- Độ nht đng lc ti nhit đ m vic t
áp sut khí quyn, Pa.s;
,,
abc
- Các hng s ph
thuc vào tng loi du, đưc tra theo bng 3 trong
[9];
t
- Nhit đ nh toán
o
C;
s
- Sai lch bình
phương trung bình (độ lch chun) ca đ nht
động lc
, Pa.s.
Giá tr
s
là sai lch bình phương trung bình
ca đ nht đng lc
được c định bng 1/6
min dung sai
theo quy tc ba xích ma đi vi
phân b chun. Đ lch hay dung sai
ca đ
nht đng lc
đưc xác đnh trc tiếp t thông
s k thut ban đu ca du bôi trơn đã đưc cho
trong h k thut [9]. Khi nhit đ
t
thay đi thì
cũng thay đi, do đó đ tin cy ca mi ghép
hàm s ca chế độ ti trng
F
độ nht đng
lc
ca du bôi trơn.
2.2. Đánh giá đ tin cy ca h gi đ trc khuu
độngcaterpıllar d398 trên đu máy d9e
Đầu máy D9E do M sn xut, đưc s dng
ti Xí nghip Đu máy Vinh và Xí nghip Đu máy
i Gòn thuc Tng Công ty Đưng st Vit Nam.
Mt s thông s k thut bn ca đng
Caterpillar D398 tn đu máy D9E đưc cho trong
Bng 1 [5].
Bng 1. Mt s thông s k thut cơ bn ca đng cơ Caterpillar D398 trên đu máy D9E.
TT c thông s Tr s
1 c chế to M
2 Loi đng diesel Caterpillar D398
3 Công sut đnh mc, mã lc (HP) 900
4 ng quay định mc, v/ph (r/min) 1365
5 ng quay không ti, v/ph (r/min) 450
6 S xi lanh 12
7 Cách b trí xylanh V
8 Đưngnh xylanh, mm 158,75
9 Hành trình pittông, mm 203,2
10 S k đng cơ 4
CƠ KHÍ, ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
45
SỐ 4 - 2024
CÔNG NGHIỆP MỎ
Website: http://tapchi.hoimovietnam.vn
2.2.1. Kết cấu trục khuỷu, bạc trục động cơ
Caterpillar D398 trên đầu máy D9E
Trc khyu đng Caterpillar D398 đu máy
D9E có 7 c trc và 6 c biên. Đưng kính và chiu
dài ca các c trc như nhau; đưngnh và
chiu dài ca các c biên cũng như nhau. Do đó,
kích thưc các bc c trc như nhau và các bc
c biên cũng như nhau. Kết cu trc khuu và bc
trc động cơ Caterpillar D398 trên đu máy D9E
đưc gii thiu trên các nh 1, 2 [5].
Hình 1. Kết cu trc khuu đng Caterpillar D398 đu máy D9E.
a) b)
Hình 2. Kết cu gi đ (bc) trc khuu đng cơ Caterpillar D398 đu máy D9E.
a. Bc c trc; b. Bc c biên
c thông kích thước cơ bản của h gi đ trục khuỷu động cơ Caterpillar D398 trên đầu máy D9E
được cho trong Bảng 2 [6],[7].
Bng 2. Các thông skích thưc cơ bn của h gi đ trc khuỷu động cơ
Caterpillar D398 trên đầu máy D9E.
TT Thông s C trc-bc trc C biên-bc biên
C trc Bc trc C biên Bc biên
1 Đưng kính c,
mm
ct
d
=
146,02
146,05
-
cb
d
=
126,97
127,0
-
2 Chiu dài c, mm tt c c c
ct
l
= 117
- tt c các c
cb
l
= 77
-
3 Đưng kính bc,
mm
I
II
R9
7.5
A
A - A
I
R9
7.5
II
120°
120°
120°
B - B
6 - 1
5 - 2 4 - 3
B
B
1
2
3
4
56
A - A
B-B