Trang bị động lực

Trang bị động lực

Trang bị động lực trang Lời tựa Giáo trình “Trang bị động lực’’ biên soạn theo đề cương giảng dạy cho sinh viên ngành Cơ khí động lực, khoa Cơ khí Giao thơng, trường đại học Bách khoa, Đại học Đà nẵng nhằm mục đích giúp sinh viên có tài liệu tham khảo học tập tính tốn hệ thống động lực Tài liệu biên soạn khơng thể tránh khỏi thiếu sót phương diện, mong nhận ý kiến đóng góp độc giả để tài liệu hoàn chỉnh Mọi ý kiến đóng góp xin vui lịng gửi họp thư tác giả: tranvluan@gmail.com Xin chân thành cảm ơn Trần Văn Luận Trang bị động lực trang PHẦN: TRANG BỊ HỆ ĐỘNG LỰC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG MỞ ĐẦU Giới thiệu chung trang bị động lực: Trang bị động lực hay hệ động lực tập hợp thiết bị gồm: động chính, cấu thiết bị phụ để thực biến đổi lượng hóa học nhiên liệu thành nhiệt năng, hay điện nhằm bảo đảm tất nhu cầu cần thiết hệ động lực Thành phần hệ động lực nói chung gồm có động chính, động phụ, cấu truyền động, hệ trục hệ thống khác để phục vụ trực tiếp hay gián tiếp cho thiết bị động lực hệ Ngoài hệ động lực cịn có thiết bị để kiểm tra điều khiển trực tiếp từ xa chế độ làm việc thành phần hệ Động động phục vụ cho nhu cầu chính, hệ động lực tàu thủy để quay chân vịt; hệ tĩnh – để quay máy phát điện,…Ở trang bị động lực cỡ nhỏ trạm bơm, trạm cấp khí nén, trạm phát điện lưu động, tàu sơng, tàu chạy ven biển,… số lượng động thường Ở trang bị động lực cỡ lớn hệ động lực tĩnh tại, tàu viễn dương, phụ thuộc vào nhu cầu điện hay sức kéo mà số lượng động lớn hai Trong hệ động lực, ngồi động cịn trang bị động nhỏ để quay máy phát điện, máy bơm, máy nén khí khởi động,… động gọi động phụ Cơ cấu truyền động thiết bị trung gian hai nguồn phát thu lượng, làm nhiệm vụ thay đổi tầng số quay trục bị động Cơ cấu thường dùng kiểu truyền động khí, truyền động điện, thủy lực hay truyền động khí thủy lực Nghiên cứu trang bị động lực khảo sát đặc điểm kết cấu, tính thiết bị động lực để lựa chọn, bố trí, lắp đặt chúng thành hệ động lực phục vụ cho mục đích Trên thực tế có nhiều dạng trang bị hệ động lực khác nhau, tùy theo công dụng yêu cầu cụ thể Trong phạm vi giáo trình khảo sát số hệ động lực thường dùng Hướng phát triển trang bị động lực: Trần Văn Luận Trang bị động lực trang Khái niệm sử dụng động nhiệt để sinh công học có từ lâu, việc ứng dụng vào thực tế bắt đầu vào khoảng cuối kỷ thứ XIX Năm 1883 kỹ sư người Thụy Điển Lavan năm 1884 kỹ sư người anh Parsôn thiết kế tuabin nước đầu tiên, năm 1897 kỹ sư người Đức Diesel phát minh động đốt tự cháy nén nhiên liệu Đầu kỷ XX động tuabin động Diesel dùng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân, trang bị tàu thủy, tàu hỏa, nhà máy phát điện, trạm bơm,…Cịn động tuabin khí phát triển năm 50 kỷ trước Sau đại chiến giới lần thứ hai, bắt đầu phát triển lượng nguyên tử Cùng với việc xây dựng trạm phát điện nguyên tử, đại dương có tàu trang bị động lực nguyên tử Thiết bị dùng đặc biệt có ưu tàu chiến hạm đội phần lớn trang bị tàu cánh ngầm Ngày nay, công suất cụm tuabin đạt 100.000 mã lực, cụm động Diesel đạt gần 100.000 mã lực Việc sử dụng động tuabin khí cơng suất lớn, cao tốc tàu đệm khí cho phép đạt tốc độ đến 100 km/h Trong giai đoạn nay, xu hướng phát triển thiết bị động lực chủ yếu tập trung giải vấn đề sau: Tăng công suất động cơ, Tăng hiệu suất, Dùng đa nhiên liệu phụ thuộc vào chế độ làm việc khác động Giảm trọng lượng kích thước thiết bị, Tăng độ tin cậy tính độc lập sử dụng, Tự động điều khiển, điều chỉnh Các loại hệ thống động lực thường dùng: 3.1 Hệ động lực tuabin hơi: Thành phần hệ động lực tuabin gồm: I Nồi - lượng hóa học nhiên liệu biến hóa thành nhiệt nước; II Tuabin - biến đổi nhiệt nước thành năng; III.Bình ngưng - thực Trần Văn Luận Trang bị động lực trang trình tỏa nhiệt ngưng tụ thành nước; IV Bơm nước - trì tuần hồn cấp nước cho hệ thống Hình 1.1 Sơ đồ hệ động lực tuabin Ưu điểm: Tạo tổ hợp công suất lớn, Làm việc với nhiên liệu rẻ tiền, Tính cân tương đối tốt, Suất tiêu hao nhiên liệu thấp Nhược điểm: Tính động kém, Số vịng quay cao, nên lắp với máy cơng tác có u cầy tốc độ thấp thường phải truyền động qua hộp số, Hiệu suất thấp, Hệ thống cồng kềnh, giá thành chế tạo đắt 3.2 Hệ động lực tuabin khí: Thành phần hệ động lực tuabin khí: I Động điện; II Máy nén; III Buồng cháy; IV Tuabin khí Trần Văn Luận Trang bị động lực trang Ưu nhược điểm: Khác với hệ động lực tuabin hơi, hệ động lực tuabin khí khơng có nồi hơi, bình ngưng số thành phần khác làm phức tạp hệ thống, tăng trọng lượng kích thước chung hệ thống Hệ động lực tuabin khí, q trình cơng tác xảy liên tục nên thiết kế cụm động lực với số vịng quay cao, cơng suất lớn, kích thước trọng lượng nhỏ Hình 1.2 Sơ đồ hệ động lực tuabin khí Hệ động lực tuabin khí thường trang bị tàu đệm khí, hệ động lực máy bay, hệ động lực tĩnh Tuy nhiên, hệ thống động lực tuabin khí cịn tồn nhược điểm lớn hiệu suất thấp 3.3 Hệ động lực nguyên tử: Trần Văn Luận Trang bị động lực trang Hình 1.3 Sơ đồ hệ động lực lượng nguyên tử Ngày nay, lượng nguyên tử sử dụng rộng rãi lĩnh vực hàng hải, lĩnh vực quân Có tập trung lượng cao nhiên liệu hạt nhân, hệ động lực không cần thừơng xuyên tiếp nhận nhiên liệu dự trữ thời gian hệ thống làm việc Tuy nhiên, hệ động lực có chi phí đầu tư ban đầu cao, cần dùng vật liệu đắt tiền khan hiếm; yêu cầu khắt khe chất lượng chế tạo, kiểm tra, lắp ráp thiết bị; đòi hỏi nhiều phương tiện bảo vệ hoàn hảo phức tạp Chương HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ 1.1 Tổng quát hệ động lực tàu thuỷ: 1.1.1 Khái niệm, công dụng, thành phần: 1.1.1.1 Khái niệm, công dụng: Hệ động lực tổ hợp trang thiết bị (các động cơ, máy móc, hệ trục, đường ống hệ thống) Hệ động lực tàu dùng để chuyển biến dạng lượng khác thành năng, điện năng, dùng cho việc đẩy tàu số nhu cầu phụ khác 1.1.1.2 Thành phần: Gồm hệ động lực hệ động lực phụ: Hệ động lực chính: cơng dụng chủ yếu chân vịt đẩy tàu chuyển động Trần Văn Luận Trang bị động lực trang a Động chính: cung cấp lượng để đẩy tàu - Đặc điểm: + Thường loại động diesel, tàu có cơng suất lớn động loại làm việc với hai loại nhiên liệu (nhiên liệu nặng – F.O nhiên liệu nhẹ - DO) + Thường loại động thấp tốc, Cm < 6,6m/s trung tốc có Cm ≅ (6,6 : 10)m/s + Động tự đảo chiều quay không, + Thường loại động hai kỳ, tăng áp, + Động có tính động cao b Hệ trục: (kết cấu hệ trục xét mục tiết tiếp theo) Chức chủ yếu truyền từ trục máy đến chân vịt tàu, nhận lực đẩy từ chân vịt truyền lại thân tàu, đẩy tàu chuyển động Hệ động lực phụ: chủ yếu dùng để cung cấp lượng cho nhu cầu khác việc đẩy tàu gồm: động quay máy phát điện, máy bơm, máy nén khí, hệ thống cấu hỗ trợ khác 1.1.2 Yêu cầu hệ động lực: Để đảm bảo độ an toàn, tin cậy tàu làm việc sông, biển,… hệ động lực cần tuân thủ yêu cầu kinh tế kỹ thuật vận hành sau: - Phải kinh tế, nghĩa giá thành thiết kế chi phí vận hành phải tối ưu - Hệ động lực phải đảm bảo tốc độ tàu cho trước, có chất lượng động tốt tất chế độ chuyển động tàu, có tuổi thọ cao, - Cung cấp dạng lượng khác cho hộ tiêu thụ với tính kinh tế cao, - Trần Văn Luận Các trình điều khiển điều chỉnh phải tự động hoá, Trang bị động lực - trang Phải tin cậy nghĩa có xác suất làm việc khơng hỏng hóc tối ưu, địi hỏi thời gian khắc phục trục trặc có khả làm việc trường hợp cố, - Khi làm việc không gây tác động độc hại đến người vận hành, khơng gây nhiễm mơi trường xung quanh, - Có kích thước khối lượng nhỏ gọn, Tuy nhiên, yêu cầu chung, thực tế tuỳ vào kiểu loại, cơng dụng có yêu cầu riêng không đáp ứng yêu cầu 1.1.3 Các phương án trang bị hệ động lực tàu thuỷ diesel: Tuỳ theo kiểu loại công dụng tàu, dạng truyền động mà thiết kế chọn dạng trang bị động lực khác nhau: 1.1.3.1 Năng lượng dùng cho việc đẩy tàu lượng cho thiết bị phụ tách rời nhau: Hình 1.4 Năng lượng đẩy tàu lượng phụ tách rời 1.Chân vịt; Hệ trục; Máy chính; Máy phụ; Máy phát Phương án áp dụng tàu cỡ lớn Có ưu điểm: làm việc độc lập cao, lượng lượng phụ không phụ thuộc lẫn nhau, Hệ động lực thường có kiểu bố trí sau: Trần Văn Luận Trang bị động lực trang Hình 1.5 a Hệ động lực với động truyền động thẳng; b Hệ động lực với động truyền thẳng; c Hệ động lực với động truyền thẳng; đ Hệ động lực với hệ trục nghiêng; 1.1.3.2 Trích cơng suất máy để dẫn động thiết bị phụ: Hình 1.6 Hệ động lực có trích lượng từ máy Ở phương án trang bị động lực này, hệ động lực thường truyền động qua hộp số Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 10 Có ưu điểm cho phép khai thác triệt để công suất máy có số trường hợp máy làm việc non tải như; đậu bến, vào cảng, Thường áp dụng tàu có cơng suất vừa nhỏ tàu đánh cá Trong phương án trang bị này, thường có kiểu bố trí sau: Hình 1.7 a Hệ động lực có máy chính; b Hệ động lực có máy chính; c Hệ động lực có động chính; đ Hệ động lực có động 1.1.3.3 Hệ thống lượng điện chung: Phương án trang bị thường áp dụng cho hệ động lực có truyền động điện Ưu điểm phương án cho phép giảm chiều dài hệ trục Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 104 bình cao áp qua van giảm áp Khí nén áp suất trích từ bình trung hay cao áp qua cấp van giảm áp hay nạp từ máy nén áp suất thấp Suất tiêu hao khơng khí khởi động Phần lớn trang bị động lực điêzen, khí nén dự trữ chứa bình cao áp, trước vào khởi động động cơ, khí nén giảm áp đến giá trị sử dụng Do áp suất giảm nên nhiệt độ khí nén giảm theo Khí nén với nhiệt độ thấp vào xylanh động cơ, làm tăng suất tiêu hao khơng khí khởi động, khả khởi động xấu thay đổi đột ngột từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cháy nhiên liệu dễ phát sinh tượng rạn nứt đế xupap khởi động nắp xylanh động Suất tiêu hao khơng khí khởi động phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu số xylanh động cơ, áp suất khí nén khởi động, nhiệt độ nước làm mát dầu bôi trơn thời điểm khởi động, chất lượng điều chỉnh cấu phối khí, tính kỹ thuật bơm cao áp vòi phun Ở trạng thái nhiệt điều kiện kỹ thuật nêu trên, số xylanh động tăng suất tiêu hao khơng khí khởi động giảm, tăng số xylanh giảm tiết diện thời gian mở xupap khởi động theo góc quay trục khuỷu, đồng thời giảm lưu lượng khí nén nạp cho xylanh tăng khả giãn nở khí nén để sinh cơng SƠ ĐỒ CỦA HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN Hình 3.7 Hệ thống khởi động khí nén động điện; máy nén khí; van chiều; chai hơi; đĩa phân phối; van khởi động Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 105 Trên hình 3.7.giới thiệu sơ đồ hệ thống khởi động khí nén Trước khởi động, bình nạp đầy khí nén áp suất cơng tác Các bình cấp từ máy nén khí dẫn động động điện Để đảm bảo an toàn, đường ống cao áp từ máy nén bình chứa có bố trí van bít chiều Van khơng cho khí khí nén từ bình chứa trở ngược lại máy nén chí khí van bình mở Khi khởi động, khí nén từ bình theo ống dẫn van phân phối (đĩa phân phối) Phụ thuộc vào thứ tự công tác xylanh động cơ, rãnh hình vành khăn đĩa nối thông với ống dẫn, dẫn khí nén van khởi động nắp xylanh Thơng thường, van có cấu tự động ngắt dịng khí nén vào xylanh có tượng cháy nhiên liệu 3.5.TRANG BỊ HỆ THỐNG NẠP - THẢI VẤN ĐỀ CẦP KHƠNG KHÍ CHO ĐỘNG CƠ Để thực trình nạp cho động cơ, máy nén, nồi thiết bị khác, đồng thời đảm bảo thơng thống buồng máy cần phải liên tục thực việc cấp khơng khí Đối với trang bị động lực (ôtô, máy kéo, máy phát điện ) việc tiếp nhận không khí thực trực tiếp bên ngồi, cịn tàu sông tàu biển - từ buồng máy hay từ boong tàu nhờ hệ thống ống dẫn Kết nhiều nghiên cứu cho thấy tuổi thọ chi tiết piston, xylanh xécmăng động phụ thuộc nhiều vào độ tinh khiết khơng khí nạp Vì vậy, trang bị thường bố trí có lọc hút với kết cấu khác Đối với trang bị động lực tàu thủy tĩnh tại, phương pháp thu nạp khơng khí từ buồng máy có đơn giản (vì khơng cần hệ thống ống dẫn với hệ thống giằng gia cố phức tạp) tạo lưu thơng gió tự nhiên, gây ồn lớn khoang máy, động cao tốc Trên hình 6.1 phân bổ âm lượng khí nạp q trình hút trực tiếp từ khoang máy, việc trang bị hệ thống ống hút riêng từ bên hay từ boong tàu cho phép giảm mức âm lượng đến - 10 d β Song với phương pháp dẫn gián tiếp khí nạp này, ngồi Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 106 phức tạp hoá kết cấu làm tăng cản thủy lực, dẫn đến giảm áp suất có ích trung bình Pe giảm cơng suất động Lượng khơng khí cần thiết cho động phụ thuộc vào lượng tiêu thụ nhiên liệu chế độ tải g Nα Lv m /s Vn = e e ∑ 3600 Trong đó: v - thể tích riêng khơng khí, m /kg Tiết diện ngang ống dẫn khí nạp Fn = Trong đó: Vn C C - tốc độ dịng khí nạp ống dẫn C = 15 ÷ 20 m/s Hình 3.8 Sự phân bổ âm lượng khí nạp động Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 107 2.CÁC THIẾT BỊ CỦA ĐƯỜNG THẢI THIẾT BỊ BÙ Nhiệt độ khí xả vào đường thải động điêzen lớn, đạt đến 400 ÷ 450 Ο C động kỳ 250 - 300 Ο C động hai kỳ Nhiệt độ nung nóng ống dẫn gây nên giãn nở dài lớn, trung bình khoảng 1,17 mm mét chiều dài ống khí nung nóng lên 100 Ο C Để tránh nứt, gây ứng suất nhiệt, đoạn nối ống người ta lắp ken thiết bị bù có kết cấu khác Những bù thường dùng giới thiệu hình 6.3a bù loại phớt gồm thân cốc Cốc lắp thân ống với khe hở nhỏ Hình 3.9 Thiết bị bù a- loại phớt: thành ống; cốc trượt; phớt bao kín (sợi aniăng) b- loại thấu kính: nửa thấu kính; bích nối; ống dẫn; cốc Hai phận bao kín vịng phớt sợi aniăng Khả bù hai kết cấu loại phớt lớn - phụ thuộc vào chức trượt cốc ống Song, kết cấu cho phép bù đoạn ống thẳng (biến dạng theo hướng trục) Nếu dùng cho ống cong bị kẹt vỏ ống dẫn, khơng bảo đảm bao kín dễ bị hút ẩm đặt ngang Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 108 Bộ bù kiểu thấu kính (hình b) cho phép khắc phục phần tồn Đặc điểm kết cấu: gồm nửa thấu kính thép dập mỏng hàn với Cốc có tác dụng để giảm thủy lực tránh lắng đọng sản phẩm chảy xuống thấu kính Cốc hàn dính đầu vào đầu ống dẫn (phía khí thải vào) biến dạng dài tự Để xả muội lăng thấu kính, phía thấu kính có hàn nút xả Ưu điểm bù kiểu thấu kính bao kín tốt, đàn hồi, trọng lượng kích thước tương đối nhỏ có khả chịu lực khơng hướng trục Nhược điểm loại giống lò xo, tăng cản tăng biến dạng BÌNH TIÊU ÂM Theo nguyên lý làm việc bình tiêu âm chia làm hai loại: hoạt tính phản lực Ngun tắc hoạt động bình tiêu âm kiểu hoạt tính hấp thu âm lượng chuyển đổi vào nhiệt nhờ thiết bị gây cản xạ đường thải Các thiết bị cản thường lưới, đột lỗ, vật liệu xốp chịu nhiệt sợi thủy tinh, phơi kim loại Các thiết bị tạo cản mắc nối tiếp hay song song Hình 3.10 cách mắc cản hoạt tính a- nối tiếp; b- song song Khi mắc nối tiếp cản bình tiêu âm tăng làm giảm cơng suất động Mức giảm tới - 15% cho 10 db Vì vậy, nhà chế tạo động cần quy định tổn thất áp suất lớn cho phép đường cản Ví dụ, động Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 109 Π µ 13/18 (của Nga) đối áp cho phép 600 500 mm cột nước Khi mắc song song cản hoạt tính, bình tiêu âm ốp phía loại vật liệu hấp thụ âm lượng không làm giảm tiết diện lưu thơng khơng khí BỘ DẬP TÀN Khí thải xả ngồi thường mang theo hạt tàn nhiên liệu dầu cháy đốt Những hạt tàn gây hoả hoạn nguy hiểm, đặc biệt trang bị động lực tàu thủy vận chuyển sản phẩm dầu mỏ, sợi, len hàng dễ cháy khác Để ngăn ngừa cố xảy ra, cuối đường thải thường trang bị dầp tàn Loại xả qua nước tàn dập triệt dễ tăng cản đến - 100 mm cột nước Để cung cấp nước cho thiết bị dập tàn người ta trang bị bơm riêng (đối với trang bị động công suất lớn), trích đường nước từ bơm vịng hở hay bơm cứu hoả (cho trang bị công suất trung bình) Bơm cấp nước cho thiết bị dập tàn phải tạo áp suất đến 3kG/cm Tỉ trọng thiết bị dập tàn khoảng 0,3 - 0,4 kg/m.l thể tích - 0,15 ÷ 0,20 lít/m.l Khi thiết bị đường thải đặc biệt phải ý tới tổng cản thiết bị (cả nồi tận dụng, bù, bình tiêu âm, dập tàn) khơng vượt q 300 - 400 mm cột nước, việc tăng cản đường thải dẫn đến giảm công suất động tăng suất tiêu hao nhiên liệu Vì vậy, để giảm cản đường thải, cố gắng thiết kế ống dẫn: thẳng với số khuỷu, uốn cong nhỏ Hình 3.11 đồ thiết bị dập tàn a- loại tưới nước; b,c- loại xả qua nước Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 110 Chương GIẢM RUNG HỆ ĐỘNG LỰC Khái niệm rung giảm rung cho động Như trình bày phần đầu, truyền lực qua cấu khuỷu trục truyền nên động đốt nguồn gây rung lớn cho thân cho bệ máy Tác hại rung gây lớn, đe dọa trực tiếp đến độ bền trục ổ trục, làm kẹt pistong xecmăng, bẻ gãy gujông bulông bắt bệ với thân máy, gây ứng suất biến dạng lớn chi tiết máy làm giảm độ tin cậy chung ôtô, tàu hỏa, tàu thủy… lắp động Ngồi ra, rung cịn tạo nên âm lớn khu vực đặt máy, làm ảnh hưởng đến điều kiện làm việc công nhân Để giảm tác hại trên, ngày nay, động khơng cân chí động cân người ta thường đặt bệ móng hay bệ tàu qua cấu đàn hồi gọi giảm xóc Lực kích thích gây rung cho động bệ lực qn tính khơng cân khối lượng chuyển động tịnh tiến chuyển động quay, mômen lực mômen lật động Trên hình 1.6.7a biểu diễn sơ đồ đặt động giảm xóc chiều tác dụng lực kích thích Rung hay dao động tịnh tiến theo phương thẳng đứng động dọc theo trục OZ sinh lực qn tính khơng cân khối lượng chuyển động tịnh tiến thành phần thẳng đứng lực quán tính ly tâm khơng cân Dao động qn tính theo phương nằm ngang dọc theo trục OY xuất thành phần nằm ngang lực quán tính ly tâm Còn dao động tịnh tiến theo phương nằm ngang dọc theo trục OX, xảy động dùng để quay chân vịt, theo hướng lực kích thích thay đổi tuần hồn lực đẩy Px từ chân vịt Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 111 Dao động quay xung quanh trục OX tạo mômen lật thành phần nằm ngang lực qn tính ly tâm khơng cân Dao động xung quanh trục OY gây mơmen lực qn tính khối lượng chuyển động tịnh tiến không cân mômen thành phần lực ly tâm theo phương thẳng đứng khơng cân Cịn thành phần nằm ngang lực gây nên dao động quay quanh trục OZ Như vậy, động xem vật rắn, đồng thời tham gia sáu dao động liên hợp phức tạp: ba dao động tịnh tiến dọc theo ba trục tọa độ OX, OY, OZ ba dao động quay xung quanh ba trục (hình 1.6.7b) Để minh họa nguyên lý giảm dao động nhờ giảm xóc, ta xem xét trường hợp điển hình đơn giản: dao động động tác dụng thành phần lực qn tính khơng cân là: Pz = mr Rω cos α hay viết Pz = P cos ωt P = Rω - biên độ kích thích; đó: α = ωt - góc quay trục khuỷu tính từ điểm chết Nếu động bắt chặt trực tiếp với bệ máy lực Pz truyền tồn lên bệ Để giảm lực tác dụng lên bệ máy, động bệ ta đặt giảm sóc (như hình 1.6.7) Như ta hệ dao động gồm động lị xo hình trụ Theo nguyên lý dao động ta viết phương trình dao động cưỡng động dạng: đó: Z= P⎛ ⎞ cos ωt ⎜ 2 ⎟ C ⎝1− ω / k ⎠ A= P⎛ ⎞ ⎜ 2 ⎟ C ⎝1− ω / k ⎠ hay Z = A cos ωt biên độ dao động cưỡng bức; C - độ cứng hệ lò xo; k - tần số dao động tự hệ Trong biểu thức (1.7) P/C độ di chuyển tĩnh hệ tác dụng lực kích thích P Đối với giá trị định hệ thức biên độ dao động cưỡng phụ thuộc vào tỉ số ω/k Từ biểu thức ta kết luận rằng, cấu đàn hồi có tác dụng giảm lực truyền rung cho bệ máy giá trị tuyệt đối Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 112 hiệu ⏐1-ω2/k2 > 1⏐, hay ω > 2k Như vậy, tỉ số ω/k lớn (hay ω lớn so với k), có nghĩa động đặt bệ đàn hồi, hiệu suất giảm xóc cho động bệ đàn hồi lớn Nói cách khác, để giảm lực truyền rung cho bệ máy, máy phải đặt giảm xóc có độ đàn hồi đủ để tần số dao động tự nhỏ tốc độ góc trục khuỷu Để giảm thành phần lực kích thích ngang ( Py = mr Rω sin α ) ta phải lắp vào hệ lò xo ngang nghiên cứu dao động theo phương nằm ngang động Tương tự ta đến kết luận là: Để giảm lực kích động ngang, tần số dao động tự phải nhỏ so với mơmen kích thích ta rút kết luận Thơng thường, tính tốn dao động động đặt bệ đàn hồi bao gồm bước sau: Xác định sơ trọng tâm động mơmen qn tính tương ứng trục tọa độ đặt trọng tâm Căn vào trọng lượng động tải trọng cho phép giảm xóc để chọn chủng loại, số lượng phân bố chúng bệ máy động Theo số lượng độ cứng giảm xóc chọn xác định tâm cứng chung Xác định tần số dao động riêng Xác định biên độ dao động lực mômen lực kích thích gây nên Kết luận chủng loại số lượng giảm xóc sơ đồ phân bố giảm xóc cho động 2.Các loại giảm xóc a Vật liệu chế tạo Hiệu suất giảm rung giảm xóc chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu chế tạo đệm đàn hồi Để giảm rung cho động bệ máy người ta thường dùng giảm xóc cao su lị xo Ưu điểm loại giảm xóc cao su có ma sát lớn – đặc tính quan trọng để dập tắt dao động cộng hưởng Ngoài ra, giảm xóc loại có khả cách âm tốt dải âm tần Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 113 Nhược điểm giảm xóc cao su cao su dễ bị già hóa (tính chất đàn hồi dần theo thời gian) dễ bị hư hỏng tác động sản phẩm dầu mỏ nhiệt độ cao (chỉ thích ứng với điều kiện nhiệt độ 70 ÷ 75oC) Ngày nay, giảm xóc cao su, người ta dụng loại giảm xóc có đệm đàn hồi làm việc trạng thái chịu nén Loại giảm xóc lị xo kim loại giữ tính chất đàn hồi lâu dài không chịu tác động dầu, nhiệt độ độ ẩm Tuy vậy, loại giảm xóc lị xo có ma sát nhỏ khả cách âm lại tần số cao tần số trung bình Lị xo thường giảm rung tốt tần số đến 200 Hz Ở tần số lớn rung động không giảm mà chí tăng Cho nên, giảm xóc lo xo thường có cấu làm tăng khả giảm rung ma sát Với mục đích lị xo giảm xóc người ta đặt thêm đệm cao su cứng có độ dày khơng lớn để tăng ma sát giảm xóc lị xo b Kết cấu loại giảm xóc Dựa vào hai loại vật liệu chế tạo kể người ta phân giảm xóc thành hai nhóm chính: giảm xóc dùng đệm đàn hồi kim loại giảm xóc dùng đệm đàn hồi cao su Bộ giảm xóc kim loại theo kết cấu đệm đàn hồi chia thành loại sau đây: - Loại lò xo; - Loại lò xo – cao su; Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 114 Hình 4.1.Các loại giảm xóc thường dùng a loại vịng lò xo; b, c.loại đệm cao su, vỏ kim loại; đ, e.loại lị xo; i loại dệm cao su có đế kim loại giữa; k loại đệm cao su đặt nghiêng; l loại lị xo có lõi giảm chấn cao su - Loại lò xo – chất dẻo; - Loại nhíp; - Loại bện dây kim loại Bộ giảm xóc lị xo lị xo hình trụ hay lị xo hình nón Để khử dao động cộng hưởng, người ta thường dùng thêm cao su hay chất dẻo kết hợp với kim loại Các đệm đàn hồi kim loại xếp thành nhiều lớp dạng nhíp, đèn xếp, tổ hợp lị xo xếp thành nhiều lớp mỏng Để giảm rung cho động nhỏ xylanh (dùng để quay máy bơm, máy nén khí,… hệ động lực tĩnh tàu thủy) dùng giảm xóc vịng lị xo hình 1.6.8a (tải trọng định mức đến 300N) Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 115 Thành phần đàn hồi loại giảm xóc kim loại có đặc điểm thay đổi kích thước tác dụng ngoại lực phục hồi sau ngừng tác dụng Thành phần đàn hồi thường dùng giảm xóc kim loại lị xo (hình trụ, hình nón, hính trống dạng khác) Đối với động thường làm việc điều kiện có độ ẩm lớn, lị xo nên làm thép hợp kim khơng gỉ (1X18H9T), chế tạo theo phương pháp quấn nguội Sau quấn, lò xo đưa vào nhiệt luyện (ram) – nung nóng lị xo lị điện đến nhiệt độ 450oC, giữ nhiệt độ 20 ÷ 30 phút sau làm nguội ngồi khơng khí Ngun công làm tăng độ bền làm giảm độ biến dạng dư lò xo Sau ép lị xo với nhau, tiến hành đánh bóng để tăng khả chống ăn mịn Việc đánh bóng thực phương pháp hóa học hay điện hóa học Kết cấu số loại giảm xóc thường dùng giới thiệu hình 1.6.8 Bộ giảm xóc cao su – kim loại phân chia thành loại sau đây: - Loại hai tấm; - Loại có trung gian; - Loại ổ bọc; - Loại ống đệm Các loại giảm xóc kể (trừ loại hai tấm) bảo đảm vị trí ổn định (có bảo hiểm) động khối cao su bị phá hủy Tất phận giảm xóc nối với động với bệ nhờ kim loại, mà ngăn cách lớp cao su (lưu hóa với kim loại này) bảo đảm mối quan hệ đàn hồi động bệ Bộ giảm xóc dùng đệm cao su đặt nằm ngang (hình 1.6.8b), đặt nghiêng (hình 1.6.8k) hay đặt thành góc Khi đặt nghiêng đặt thành góc khối cao su có khả giảm rung lớn so với đặt nằm ngang, độ cứng cao su giảm chuyển tải trọng từ trạng thái nén sang trạng thái trượt Tùy theo kích thước nó, giảm xóc hai chịu tải trọng định mức từ vài chục kilôgam đến vài Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 116 Bộ giảm xóc có trung gian (hình 1.6.8i) có hiệu tốt so với giảm xóc loại hai đặt ngang, cao su làm việc theo trạng thái trượt Ngoài ra, phân chia khối cao su kim loại trung gian tăng thêm khả phản xạ sóng rung lên bề mặt chia kim loại với cao su Bộ giảm xóc có trung gian chịu tải trọng đến 17.000N Ngoài loại thường dùng kể trên, trang bị động lực diesel thường dùng loại giảm xóc khí nén loại ống chặn Bộ giảm xóc khí nén khác với giảm xóc cao su – kim loại có khoang chứa khơng khí (đệm khí nén) Tuy nhiên giảm rung khơng có khí nén Trong trường hợp phải giảm nửa tải trọng Bộ giảm xóc khí nén có hiệu suất giảm rung hẳn loại khác Tùy theo kích thước, loại giảm xóc chịu tải trọng định mức từ 2000 đến 7000N Kết cấu giảm xóc khí nén trình bày hình 1.6.9 b a Hình 4.2.Bộ giảm xóc kiểu ống chặn; chân động cơ, bệ máy; 1.6.9 b Bộ giảm xóc khí nén Bộ giảm xóc kiểu ống chặn (hình 1.6.9a) có độ cứng hướng tâm (theo hướng bán kính hơn) nên dùng làm gối đỡ Nhưng ống cao su tương đối dài nên giảm xóc hay bị hỏng cao su tróc khỏi ống kim loại 3.Lựa chọn phân bố giảm xóc cho động Khi trang bị hệ thống giảm xóc cho động đốt trong, phải tiến hành lựa chọn xác định kết cấu, số lượng cách phân bố giảm xóc động xem xét khả di chuyển động cơ, sau phải tính tốn tần số dao động tự động bệ giảm xóc Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 117 Trong q trình tính tốn thiết kế, vấn đề thường đối lập nhau, ta phải lựa chọn giải pháp hợp lý a- Lựa chọn loại giảm xóc Lựa chọn loại giảm xóc thích hợp vấn đề nhiệm vụ thiết kế Nó xác định sở bảo đảm độ giảm rung cần thiết cho móng bệ lắp động để giảm mệt nhọc cho hành khách, bảo đảm độ bền thiết bị khác bảo vệ thân động tránh khỏi hư hỏng rung xe tàu gây nên Lựa chọn giảm xóc nên tham khảo tính hiệu lực giảm xóc sẵn có Chỉ giảm xóc khơng đáp ứng yêu cầu giảm rung cần thiết thiết kế cấu giảm xóc Khi chọn loại giảm xóc khơng ý riêng tới khả giảm rung mà phải ý đến đặc tính khác độ biến dạng, tính chịu dầu, độ ổn định đặc tính đàn hồi, chế tạo đơn giản, sử dụng tiện lợi, làm việc bền với độ tin cậy lớn, v.v… b- Xác định số lượng phân bố giảm xóc Sau chọn chủng loại giảm xóc, phải xác định số đỡ (để chịu tải trọng trọng lực động cơ) số chặn (khống chế khả truyền rung động động theo phương, chiều có lực qn tính hay mơmen lực qn tính khơng cân bằng) Số lượng đỡ xác định trước hết từ điều kiện bảo đảm tải trọng tĩnh định mức độ ổn định động đặt đệm đàn hồi Vì lựa chọn chủng loại số lượng giảm xóc theo tải trọng định mức biết dựa vào để thiết kế giảm xóc Số lượng giảm xóc xác định theo cơng thức sau: ig = đó: Gđ PH ig – số bộ; Gđ – trọng lượng động cơ, N; PH – tải trọng định mức bộ, N Khi xác định số giảm xóc ta phải ý xem xét số lượng vị trí vấu chân động bệ động Trần Văn Luận Trang bị động lực trang 118 Nên chọn giảm xóc có tải trọng định mức nhỏ để tăng số chân tựa, đó, động làm việc ổn định khả giảm rung hệ giảm xóc tốt Nhược điểm phương án lắp đặt phức tạp số giảm xóc tăng Phân bố giảm xóc phải bảo đảm độ ổn định động phân tán tần số dao động tự Vì vậy, giảm xóc phải phân bố cho trục cứng tâm cứng hệ giảm xóc phải trùng hay gần trùng với trục quán tính tương ứng trọng tâm động Khi chọn sơ đồ phân bố giảm xóc cần ý tới điều kiện lắp ráp, thay thế, kiểm tra bảo dưỡng Để bảo đảm khả giảm rung lớn nhất, giảm xóc phải đặt chi tiết cứng bệ (trên khung thép lồng khối bêtông bệ động tĩnh hay gân cứng, trụ đỡ hệ động tàu thủy hay phát điện lưu động) Số tần số dao động tự động giảm xóc tương ứng với số bậc tự Để bảo đảm hiệu lực giảm rung lớn, tần số dao động tự phải nhỏ không trùng hay không gần trùng với tần số lực kích thích động tần số rung vận hành tàu hay xe Tỉ số tần sô tần số dao động tự phải lớn 1,2 ÷ 1,3 Điều kiện thường khó thực hiện, động không cân Ở vài trường hợp có phải thiết kế lại tồn hệ giảm xóc Trần Văn Luận ... tr? ??m bơm đặc bi? ??t, tr? ??m bơm thuyền, tr? ??m bơm đặt ray Tr? ??n Văn Luận Trang bị động lực trang 48 Các loại tr? ??m bơm cấp nước từ sông tương tự tr? ??m bơm tưới tiêu tr? ?nh bày tr? ?n, khác từ bể tháo tr? ??... chặn lực đẩy kết cấu liền với tr? ??c Tr? ??n Văn Luận Trang bị động lực trang 20 Một đầu nối với tr? ??c trung gian cịn đầu nối với bích truyền động đầu tr? ??c máy Tr? ??c đẩy lắp tr? ??c tiếp vào ổ đỡ chặn, có... tâm hệ tr? ??c Tàu đóng Vị tr? ? khớp nối Độ lêch tâm ổ Độ gãy khúc mm mm/m ± 0,15 ± 0,20 I Hệ tr? ??c dài a Bích nối tr? ??c trung gian Tr? ??n Văn Luận Trang bị động lực trang 33 b Bích nối tr? ??c trung gian