Mô hình ma sát tĩnh của xylanh khí nén trong điều kiện tốc độ dịch chuyển và nhiệt - ẩm không khí thay đổi

t độ: 270C. Dữ liệu thực nghiệm về ma sát tĩnh 
 Thiết bị thí nghiệm được thể hiện như trên hình 1. Trong của xylanh khí nén, như trong bảng 3. 
 hệ thống thiết bị thí nghiệm, chuyển động của xylanh được 
 Bảng 3. Dữ liệu thực nghiệm về ma sát tĩnh (FS) của XLKN khi vận tốc, độ ẩm 
 dẫn động bằng động cơ servo thông qua bộ truyền vít me và nhiệt độ thay đổi 
 đai ốc bi. Piston được giữ cố định và được nối với cảm biến 
 lực thông qua khớp cầu. Lực ma sát được đo bởi cảm biến STN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
 lực có độ chính xác 0,02% FS. Dịch chuyển của xylanh được Fs (N) 18,75 21,18 21,26 24,21 11,61 14,39 14,41 17,41 17,73 
 xác định thông qua thước đo dịch chuyển DTH-A với độ 
 ȳsi=lgFS 1,273 1,326 1,328 1,384 1,065 1,158 1,159 1,241 1,249 
 chính xác 0,1% RO. Toàn bộ hệ thống thiết bị cơ khí được đặt 
 Dựa vào bảng số liệu thực nghiệm 2 và 3, phương trình 
 trong tủ nhiệt ẩm, nguồn dộng lực và hệ thống đo được bố 
 hồi quy thực nghiệm lực ma sát tĩnh trong XLKN được biểu 
 trí bên ngoài tủ nhiệt ẩm. Tủ nhiệt ẩm có khả năng thay đổi 
 diễn trong phương trình 6. 
 RH từ 51 ÷ 99% ± 2% và T từ 15 ÷ 49°C ± 1°C. Dữ liệu về dịch 
 ,  0, 3263 0 , 2217 0 , 1359 
 chuyển và lực ma sát được xử lý và hiển thị trên màn hình FS 19 3165 v RH T (6) 
 thông qua phần mềm Dasylab 11.0. Giao diện màn hình hiển 
 Từ phương trình hồi qui thực nghiệm (6) cho thấy, hàm 
 thị kết quả đo lực ma sát như trên hình 2, bao gồm lực ma sát 
 hồi qui thể hiện lực ma tĩnh của XLKN chịu ảnh hưởng đồng 
 tĩnh F và lực ma sát động F . 
 S D thời và rõ rệt của tốc độ, độ ẩm tương đối và nhiệt độ 
 Đặc tính ma sát trong XLKN thu được từ thực nghiệm không khí: 
 đồng dạng đồ thị sự phụ thuộc của lực ma sát vào dịch 
 - Lực ma sát tăng khi tôć đô ̣ tăng, hoàn toàn phù hợp 
 chuyển [19], bao gồm ba giai đoạn: Dịch chuyển ban đầu, 
 với đồ thị nguyên tắc về giá trị lực ma sát tĩnh cũng như các 
 gián đoạn và trượt hoàn toàn. Từ đồ thị cho thấy sự chênh 
 nghiên cứu đã được công bố; 
 lệch giữa ma sát tĩnh và ma sát động là tương đối lớn, nó là 
82 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số 3 (6/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 
 P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
 - Khi độ ẩm tương đối tăng từ 51% đến 99% thì lực ma Ở vùng phức hợp nhiệt ẩm thấp (T = 150C, RH = 51%) 
sát tính càng giảm, điều này cho thấy hiện tường màng hơi lực ma sát FS có giá trị lớn nhất và có xu hướng giảm, đạt 
ẩm được hình thành trên bề mặt tăng theo độ ẩm và nó giá trị nhỏ nhất tại vùng (T = 490C, RH = 99%). Như vây,̣ lực 
đóng vai trò chất bôi trơn; ma sát tĩnh chịu ảnh hưởng đồng thời của RH và T, được 
 - Khi nhiệt độ tăng từ 150C đến 490C, ma sát tính giảm thể hiện qua các đường đồng mức của Fs. Khi nhiệt độ và 
khi nhiệt độ tăng, điều này cho thấy hiện tượng mềm hóa độ ẩm tăng lên, các đường đồng mức có xu hướng dãn xa 
gioăng xuất hiện khi nhiệt độ tăng và được khuếch đại khi nhau hơn, có nghĩa là ở chê ́ đô ̣ nhiệt độ và độ ẩm tương 
có mặt của màng hơi ẩm trên bề mặt. đối càng lớn, thì ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm đến FS 
 giảm dần. Đồ thị 3b cũng cho thấy hiện tượng tăng ảnh 
 Sự biến thiên của lực ma sát tĩnh khi tốc độ, độ ẩm và 
 hưởng biến thiên của T và RH đến F ở chế độ nhiệt ẩm 
nhiệt độ thay đổi đồng thời có thể được giải thích bằng sư ̣ S
 thấp hơn. Rõ ràng đường đồng mức thể hiện một giá trị cụ 
xuất hiện của hiệu ứng bôi trơn giới hạn khi màng hơi ẩm 
 thể của F và phụ thuộc đồng thời vào các bộ đôi giá trị RH 
ngưng đọng theo độ ẩm tương đối trên bề mặt ma sát. Ứng s
 và T của không khí ẩm. Có thể điều khiển bộ đôi RH và T 
xử của bôi trơn giới hạn trên bề mặt cần XLKN phụ thuộc 
 của không khí ẩm để đạt được giá trị của lực ma sát tĩnh 
nhiều vào chiều dày màng hơi ẩm ngưng đong̣ trên bề mặt, 
 mong muốn trong các điều kiện cụ thể của tốc độ dịch 
nó được khuếch đại lên khi tốc độ thay đổi. Tốc độ càng 
 chuyên.̉ Như vậy, khi tốc độ không thay đôi,̉ căn cứ vào cơ 
cao thì ảnh hưởng của hiệu ứng bôi trơn đến ma sát tĩnh 
 chế hiện tượng ngưng đọng màng hơi ẩm và mật độ các 
giảm do thời gian tác động ngắn. 
 đường đồng mức trên biểu đồ trong hình 3b cũng như biến 
 Từ phương trình (6), khi tốc độ không thay đổi xét tại đổi của Fs có thể rút ra nhận xét như sau: 
điểm tâm thực nghiệm, thì có phương trình: 
 Anh̉ hưởng đồng thời của nhiệt độ và độ ẩm tương đối 
  0, 2217  0 , 1359 
 FS A v RH T (7) của môi trường không khí đến FS là rõ ràng; Tác động của độ 
 ẩm tương đối đến Fs mạnh hơn ở nhiệt độ cao; Có thể dùng 
 ,  0, 3263
 Trong đó: Av 19 3165 v , v = 55mm/s, cặp bộ đôi RH và T trên các đường đồng mức phù hợp đê ̉ đạt 
 0
 RH = 51 ÷ 99%; T = 15 ÷ 49 C. được lực ma sát Fs mong muốn tại các tốc độ cụ thể. 
 Phương trình (7) cho thấy lực ma sát tĩnh sẽ giảm khi độ Khi độ ẩm tương đối không đổi xét tại điểm tâm thực 
ẩm tương đối và nhiệt độ tăng. Mức độ ảnh hưởng của độ nghiệm, phương trình (6) có dạng: 
 ̣ ̉ , , 
ẩm tương đối lớn gấp 1,2 lần nhiệt độ tai điêm tâm vận tốc 0 3263  0 1359
 FS A RH v T (8) 
thực nghiệm (55mm/s) và được thể hiện trên đồ thị FS = f 
(RH,T) hình 3a. Các đường đồng mức trên hình 3b thể hiện Trong đó: A 19, 3165  RH 0, 2217 , RH = 71%; 
mức độ ảnh hưởng của RH và T. Mật độ đường đồng mức RH
 v = 30 ÷ 100mm/s; T = 15 ÷ 490C. 
càng cao thì ảnh hưởng càng lớn. 
 Phương trình (8) cho thấy lực ma sát tĩnh sẽ tăng khi tốc 
 độ tăng và giảm khi nhiệt độ tăng. Mức độ ảnh hưởng của 
 tốc độ lớn hơn 3,5 lần so với nhiệt độ môi trường không khí 
 tại điêm̉ tâm độ ẩm tương đối của thực nghiệm (RH = 71%) 
 và được thể hiện trên đồ thị FS = f(v, T) hình 4a. Trên hình 
 4b các đường đồng mức thể hiện mức độ ảnh hưởng của v 
 và T đến FS. Mật độ đường đồng mức càng cao thì mức độ 
 ảnh hưởng càng lớn. Ở vùng có v = 30mm/s, T = 490C, lực 
 ma sát FS có giá trị nhỏ nhất và tăng mạnh, đạt giá trị lớn 
 0
 nhất tại vùng có v = 100mm/s, T = 15 C. Qua các đường 
 a) đồng mức của FS cho thấy, tôć độ và nhiệt độ tăng lên các 
 đường đồng mức có xu hướng dãn xa nhau hơn, có nghĩa 
 là ở chế độ nhiệt độ và độ ẩm tương đối càng thấp, thì ảnh 
 hưởng của nhiệt độ và độ ẩm đến FS càng lớn. Các đường 
 đồng mức thể hiện các giá trị cụ thể của Fs, nó phụ thuộc 
 đồng thời vào các bộ đôi giá trị v và T của không khí ẩm. Có 
 thể điều khiển bộ đôi v và T của không khí ẩm để đạt được 
 giá trị của lực ma sát tĩnh mong muốn trong các điều kiện 
 độ ẩm RH cụ thể. Như vậy, khi độ ẩm không thay đôi,̉ có thể 
 rút ra nhận xét như sau: 
 Anh̉ hưởng của tốc độ v và nhiệt độ T của môi trường 
 không khí đến Fs là rất rõ ràng; Tác động của tốc độ dịch 
 b) 
 chuyển v đến FS mạnh hơn nhiệt độ T; Có thể dùng cặp bộ 
 Hình 3. Ảnh hưởng của RH và T tại tâm thực nghiệm vận tốc đến Static đôi v và T trên các đường đồng mức phù hợp đê ̉ đạt được 
friction FS lực ma sát FS mong muôń tại các độ ẩm cụ thể. 
 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 57 - No. 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 83
 KHOA H ỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 
 hợp đê ̉ đaṭ được lực ma sát Fs mong muốn tại các nhiệt độ 
 cụ thể. 
 a) 
 a) 
 b) 
 Hình 4. Ảnh hưởng của v và T tại tâm thực nghiệm độ ẩm đến Static friction F 
 s b) 
 Khi nhiệt độ không đổi xét tại điểm tâm thực nghiệm, 
 Hình 5. ẢNh hưởng của v và RH tại tâm thực nghiệm nhiệt độ đến Static 
 phương trình (9) có dạng: 
 friction FS 
 F A v0,, 3263 RH 0 2217 (9) 
 ST Như vậy, lực ma sát tĩnh FS của XLKN chịu ảnh hưởng rõ 
 0, 1359 rệt của tốc độ dịch chuyển, độ ẩm tương đối và nhiệt độ 
 Trong đó: A 19, 3165  T ; T = 270C; 
 T không khí. Tuy nhiên, do đặc thù giai đoạn dịch chuyển ban 
 v = 30 ÷ 100mm/s; RH = 51 ÷ 99%. đầu rất ngắn nên hiệu ứng bôi trơn giới hạn của màng ẩm 
 Phương trình (9) cho thấy lực ma sát tĩnh sẽ tăng khi tốc xuất hiện chưa rõ ràng, giai đoạn này liên quan đến FS. 
 độ tăng và giảm khi độ ẩm tương đối tăng. Mức độ ảnh Trong giai đoạn trượt hoàn toàn, giai đoạn này liên quan 
 hưởng của tốc độ lớn hơn khoảng 3,2 lần so với độ ẩm đến ma sát động, quãng đường chuyển động lớn hơn 
 tương đối của môi trường không khí tại điểm tâm nhiệt độ nhiều so với dịch chuyển ban đầu nên hiệu ứng bôi trơn 
 của thực nghiệm (T = 270C) và được thể hiện trên đồ thị giới hạn của màng ẩm xuất hiện nhanh hơn và có vùng 
 FS = f(v, RH) hình 5a. Cho thây,́ lực ma sát tĩnh cũng chịu chuyển tiếp sang bôi trơn thuỷ động, do đó ma sát tĩnh 
 ảnh hưởng đồng thời của v và RH, các đường đồng mức thường lớn hơn nhiều so với ma sát động. Nó ảnh hưởng 
 trên hình 5b thể hiện mức độ ảnh hưởng của v và RH đến trực tiếp đến công suất khởi động và thời gian xác lập hệ 
 FS. Ở vùng có tốc độ dịch chuyển nhỏ nhất v = 30mm/s, độ thống ổn định. 
 ẩm tương đối cao RH = 99%, lực ma sát FS có giá trị nhỏ 4. KẾT LUẬN 
 nhất và có xu hướng tăng nhanh đạt giá trị lớn nhất tại 
 Mô hình về ứng xử ma sát tĩnh F của XLKN đã được xác 
 vùng có v = 100mm/s, RH = 51%. Qua các đường đồng mức S
 định khi nó chịu ảnh hưởng đồng thời của tốc độ dịch 
 của F cho thấy, mật độ đường đồng mức theo trục v dày 
 S chuyển và các đặc trưng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa 
 hơn theo trục RH cho thấy mức độ ảnh hưởng của v lớn 
 Việt Nam. Từ mô hình này và có thể rút ra được một số kết 
 hơn RH rất nhiều. Có thể điều khiển bộ đôi v và RH của 
 luận sau: 
 không khí ẩm để đạt được giá trị của lực ma sát tĩnh mong 
 muôń trong các điều kiện nhiệt độ T cụ thể. Như vậy, khi 1. Cả ba yếu tố về tốc độ dịch chuyển tương đối, đặc 
 nhiệt độ không thay đôi,̉ có thể rút ra nhận xét như sau: trưng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa RH và T đều có ảnh 
 hưởng rõ rệt đến lực ma sát tĩnh F của XLKN. Lực ma sát 
 Ảnh hưởng của tốc độ v và độ ẩm RH của môi trường S
 nhỏ nhất nằm trong vùng có tốc độ v, độ ẩm RH và nhiệt 
 không khí đên F là rất rõ ràng; Tác động của tốc độ dịch 
 s độ T thấp và ngược lại. Mức độ thay đổi của ma sát tĩnh F 
 chuyển v đến F mạnh hơn độ ẩm RH nhiều lần; Có thể S
 s trung bình khoảng 2,1 lần. 
 dùng cặp bộ đôi v và RH trên các đường đồng mức phù 
84 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số 3 (6/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 
 P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
 2. Phương trình hồi qui thực nghiệm thể hiện quy luật [12]. Xuan Bo Tran, Van Lai Nguyen, Khanh Duong Tran, 2019. Effects of 
biến thiên của đặc trưng ma sát (FS) phụ thuộc đồng thời friction models on simulation of pneumatic cylinder. Mech. Sci., 10, 517–528, 
vào sự thay đổi của tốc độ v, độ ẩm RH và nhiệt độ T có 2019. 
dạng hàm mũ là phù hợp. Lực ma sát tăng khi tốc độ dịch [13]. Niko Herakovič, Jože Duhovnik, Dragica Noe, 1992. Friction Force in 
chuyển tăng và giảm khi độ ẩm và nhiệt độ tăng. the Pneumatic Cylinder. Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering, 
 3. Sử dụng mô phỏng số đã đưa ra được các biểu đồ 38, 279-288. 
đường đồng mức của lực ma sát “Friction map” khi từng [14]. Takahiro Kosaki, Manabu Sano, 2001. Effect of Sliding Surface 
cặp đôi thay đổi trong bộ ba thông số tốc độ v, độ ẩm RH Temperature on Frictional Force in a Pneumatic Cylinder. Transactions of the Japan 
và nhiệt độ T. Các đường đồng mức trong mô phỏng số là hudraulics & Pneumatics society, 32(4), 98-103. 
cơ sở để xác định được từng cặp yếu tố đầu vào phù hợp [15]. Thuy-Duong Nguyen, Van-Hung Pham, 2020. Study of the effects of 
trong các điều kiện thực nghiệm cụ thể. relative humidity and velocity on the friction characteristics of pneumatic cylinders. 
 4. Biểu đồ đường đồng mức của lực ma sát tĩnh cho thấy International Journal of Modern Physics B. 34, 20401391-5. 
mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố trong các cặp đôi của [16]. V.H. Pham, T.D. Nguyen, T.A. Bui, 2020. Behavior of Friction in 
tốc độ v, độ ẩm RH và nhiệt độ T tới đặc trưng ma sát. Pneumatic Cylinders with Different Relative Humidity. Tribology in Industry, 42(3), 
Trong đó tốc độ có ảnh hưởng quyết định, tiếp theo là độ 400-406. 
ẩm tương đối và nhiệt độ môi trường không khí. 
 [17]. Thuy Duong Nguyen, Van Hung Pham, 2021. Influence of humid air 
 5. Qui luật biến thiên về ma sát tĩnh FS có thể được sử temperature on friction behavior in pneumatic cylinder. Tribology in Industry, vol 
dụng trong việc tính toán công suất khởi động và thời gian 43, no. 1, 131-138, DOI:10.24874/ti.976.10.20.01 
xác lập hệ thống của hệ thống cơ điện tử khi sử dụng XLKN 
 [18]. Nguyen Minh Tuyen, 2004. Quy hoach thuc nghiem. Science and 
trong các điều kiện nhiệt ẩm. 
 Technics Publising House, Hanoi. 
 [19]. I. V. Kragelsky, 1981. Friction Wear Lubrication. Tribology Handbook. 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO Pergamon Press, vol 1. 
 [1]. Mohammad Asaduzzaman Chowdhurya, Maksud Helalib, 2006. The 
Effect of Frequency of Vibration and Humidity on the Coefficient of Friction. 
Tribology International, 39, 958-962. AUTHORS INFORMATION 
 [2]. Imada Y, 1996. Effect of humidity and oxide products on the friction and Nguyen Thuy Duong, Pham Van Hung 
wear properties of mild steel. J Jpn Soc Tribol, 114, 131–40. 
 School of Mechanical Engineering, Hanoi University of Science and Technology 
 [3]. J. K. Lancaster, 1990. A review of the influence of environmental humidity 
and water on friction, lubrication and wear. Tribology Internation, 23(6), 371-389. 
 [4]. Mohammad Asaduzzaman Chowdhury, Maksud Helali, 2008. The Effect 
of Relative Humidity and Roughness on the Friction Coefficient under Horizontal 
Vibration. The Open Mechanical Engineering Journal, 2, 128-135. 
 [5]. Mohammad Asaduzzaman Chowdhury, 2012. Effect of Sliding Velocity 
and Relative Humidity on Friction Coefficient of Brass Sliding against Different Steel 
Counterfaces. International Journal of Engineering Research and Applications 
(IJERA), 2(2), 1425-1431. 
 [6]. Mohammad Asaduzzaman Chowdhury, Md. MaksudHelali, 2007. The 
effect of frequency of vibration and humidity on the wear rate. Wear 262, 198– 
203. 
 [7]. T. Raparelli, A. Manuello Bertettot, L. Mazzat, 1997. Experimental and 
numerical study of friction in an elastomeric seal for pneumatic cylinders. Tribology 
international, 30(7), 547-552. 
 [8]. G. Sc Belforte, G. Mattiazzo, S. Mauro, 2003. Measurement of Friction 
Force in Pneumatic Cylinders. Tribotest Journal. 10, 33-48. 
 [9]. B. M. Y. Nouri, 2004. Friction Identification in Mechatronic Systems. ISA 
Transactions, 43(2), 205-216. 
 [10]. Ho Chang, Chou-Wei LAN, Chih-Hao Chen, Tsing-Tshih Tsung, Jia-Bin 
Guo, 2008. Measurement of frictional force characteristics of pneumatic cylinders 
under dry and lubricated conditions. Przegląd Elektrotechniczny, 88 261-264. 
 [11]. Yasunori Wakasawa, Yuhi Ito, Hideki Yanada, 2014. Friction and 
Vibration Characteristics of Pneumatic Cylinder. The 3rd International Conference 
on Design Engineering and Science, ICDES 2014 Pilsen, Czech Republic. 155-159. 
 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 57 - No. 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 85