Qua các điểm này ta kẻ các đường thẳng song song với trụchoành sang hệ trục tọa độ P –α+ Từ các điểm chia trên trục 0α kẻ các đường thẳng song song với 0P cắt nhữngđiểm dóng ngang tại nh
Phương pháp, tính toán xây dựng đồ thị công, động học và động lực học 2
Đồ thị Brick 10
X=f( x S = 2R (S = X m ax ) ĐỒ ÁN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: TRẦN THANH HẢI TÙNG
1.2.1 Xác định độ dịch chuyển x của piston bằng phương pháp đồ thị Brick
+ Vẽ đường tròn tâm O bán kính R Dođó AD = 2R.Điểm Aứng với góc quay α 0 o (vị trí điểm chết trên) và điểm D ứng với góc quay α = 180 o ( vị trí điểm chết dưới).
+ Từ o lấy đoạn oo’ dịch về phía ĐCT , với oo’bd = 2 Rλ μ s = 2214.0 4.13 , 84 , 43 = 17,2(mm).
+ Từ o’ kẻ đoạn o’M song song với đường tâm má khuỷu oB , hạ MC vuông góc với AD Theo Brick thì đoạn AC = R [(1-cos α ) + 4 λ (1- cos2 α )] = x
1.2.2 Xây dựng đồ thị chuyển vị S = f ( α )
+ Từ o’ kẻ các tia ứng với các góc từ 0 o , 10 o , 20 o …180 o Các tia này cắt nửa đường tròn Brick tương ứng tại các điểm 0, 1, 2,…, 18.
+ Vẽ hệ trục tọa độ vuông góc S- α phía dưới nửa vòng tròn Brick.
- Trục thẳng đứng O α biểu diễn giá trị α từ 0 o ÷ 180 o với tỉ lệ xích μ α = 20 10 = 2( mm đ ộ ).
Trục nằm ngang OS thể hiện giá trị của S với tỷ lệ xích μ S = 0,0138 (m/mm) Từ các điểm chia 0,1,2,…,18 trên nửa vòng tròn Brick, ta vẽ các đường thẳng song song với trục O α Đồng thời, từ các điểm chia trên trục O α, ta xác định các giá trị tương ứng của α.
Các đường thẳng nằm ngang song song với trục OS được kẻ ở các góc 0°, 10°, 20°, …, 180° Những đường thẳng tương ứng trên hai trục sẽ giao nhau tại các điểm cắt Đường cong đi qua các điểm cắt này sẽ thể hiện độ dịch chuyển của piston theo góc α, được biểu diễn bằng công thức S = f(α).
Xây dựng đồ thị vận tốc V = f( α ) 11
+ Theo phương pháp giải tích vận tốc của piston được xác định theo công thức: v = R ω (2 λ Sin2 α + Sin α ) (m/s)
+ Chọn tỉ lệ xích μ vt = μ S ω = 0,0138.13,3 = 0,1835 ( s mm m ).
+ Vẽ đường tròn tâm o bán kính R1 = AB 2 = 80 (mm).
+ Vẽ đường tròn bán kính R2 = λ R ω 2 μ vt = 0 , 43.2,214 13 , 3
2.2 0,1835 = 17,2 (mm) đồng tâm với đường tròn bán kính R1.
Chia đều nửa vòng tròn bán kính R1 và R2 thành 18 phần bằng nhau, với góc α ở nửa vòng tròn bán kính R1 tương ứng với góc 2α ở vòng tròn bán kính R2.
Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, chúng ta đánh số thứ tự từ 0 đến 18 theo hướng ngược chiều kim đồng hồ Trên vòng tròn bán kính R2, các điểm được đánh số từ 0’ đến 18’ theo hướng thuận chiều kim đồng hồ, với điểm 0’ tương đương với 18’.
Từ các điểm 0, 1, 2,…, 18 trên nửa vòng tròn bán kính R1, chúng ta kẻ các đường thẳng vuông góc với AB, cắt các đường thẳng song song với AB từ các điểm 0’, 1’, 2’,… 18’ trên đường tròn bán kính R2 tại các điểm A, a, b, c,…, q, B Đường cong đi qua các điểm A, a, b, c,…, q, B kết hợp với nửa vòng tròn bán kính R1 thể hiện trị số vận tốc v thông qua các đoạn thẳng a1, b2,…, q17 tại các góc α tương ứng.
Thật vậy, chẳng hạn tại điểm 1 trên đồ thị ta có: va = a1 = aa’+ a’1= R2 sin 2 α + R1.Sin α = 2 λ R ω Sin2 α + R ω Sin α
Xây dựng đồ thị gia tốc j = f(x) 12
Theo phương pháp giải tích lấy đạo hàm vận tốc theo thời gian ta có công thức để tính gia tốc của piston như sau: j = R ω 2 (Cos α + Cos2 α ) (m/s 2 )
Giải gia tốc piston bằng phương pháp đồ thị thường dùng phương pháp Tole Cách tiến hành cụ thể như sau:
Chọn jmaxbd = 70 (mm) Suy ra μ j = j j max maxbd = 280 70 = 4 ( m s 2 mm ).
- Vẽ hệ trục tọa độ J-S
- Lấy đoạn thẳng AB trên trục OS, sao cho AB = μ S
- Từ A dựng đoạn thẳng AC vuông góc với AB, với AC = jmaxbd = 70 (mm).
- Từ B dựng đoạn thẳng BD vuông góc với AB, với BD= jminbd = - 27,9 (mm).
- Nối C với D cắt AB tại E Dựng đoạn EF vuông góc với AB
- Nối đoạn CF và DF Phân chia các đoạn CF và DF thành những đoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1, 2, 3, 4,…và 1’, 2’, 3’, 4’,…như trên hình
- Nối các điểm chia 11’, 22’, 33’, 44’,…Đường bao của các đoạn thẳng này biểu diễn đồ thị quan hệ của hàm số j = f(x).
Xây dựng đồ thị lực quán tính Pj 13
Lực quán tính Pj được xác định bằng công thức Pj = -mj, dẫn đến -Pj = mj Thay vì vẽ Pj, ta sẽ vẽ -Pj, với trục hoành đi qua điểm p0 của đồ thị công Đồ thị -Pj thực chất là đồ thị j=f(x) với tỷ lệ xích khác Do đó, phương pháp Tole có thể được áp dụng để vẽ đồ thị -Pj = f(x).
- Chọn tỷ lệ xích μ pj = μ p= 0,0535 ( MN m 2 mm ).
- Khối lượng chuyển động tịnh tiến m’ = mpt + m1
Khối lượng nhóm piston trong động cơ được xác định là mpt = 1270 kg Đối với khối thanh truyền tham gia chuyển động tịnh tiến, ký hiệu là m1, chúng ta lấy giá trị m1 = 0,3 mtt, trong đó mtt = 1380 kg là khối lượng nhóm thanh truyền Đối với các loại động cơ ô tô và máy kéo, m1 thường nằm trong khoảng từ 0,275 đến 0,35 lần khối lượng tổng thể.
Suy ra m’ = mpt + m1 = 1270 + 414 = 1684 kg Để áp dụng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công, cần lấy trục P0 trên đồ thị công làm trục hoành cho đồ thị -Pj Đồng thời, đồ thị -Pj phải có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công Thay vì vẽ giá trị thực, ta vẽ -Pj f(x) tương ứng với một đơn vị diện tích đỉnh piston, tức là thay: m = m.
Do đó: - P jmax = m j max = 8576,5.280 = 2,4 (MN/m 2 ).
Cách vẽ đồ thị -Pj = f(x) tương tự đồ thị j = f(x).
Với các giá trị biểu diễn trên đồ thị:
AC = - P jmaxbd = − P μ jmax pj = 0,0535 2, 4 = 44,86 (mm).
BD = - P jminbd = − μ P jmin pj = −0 0,0535 , 96 = -17,9 (mm).
Xây dựng đồ thị khai triển P kt , P j , P 1 theo α 15
Đồ thị P kt - α được xây dựng bằng cách khai triển áp suất P theo góc α từ đồ thị công trong chu trình hoạt động của động cơ 2 kỳ, với các giá trị α là 0, 5, 10, 15,…, 360 độ Để tạo ra đồ thị P kt - α, trục hoành của đồ thị mới được đặt ngang với trục chứa giá trị P0 từ đồ thị công Công thức tính áp suất khí thể Pkt được xác định là Pkt = P – P0.
- Cách khai triển là dựa vào đồ thị Brick và đồ thị công để xác định điểm có áp suất theo giá trị α cho trước
- Tỷ lệ xích: μ α = 1( 0 / mm) μ Pkt = 0,0535 ( MN m 2 mm )
- Các bước tiến hành vẽ như sau:
+ Vẽ hệ tọa độ vuông góc P – α
Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta vẽ các đường thẳng vuông góc với trục hoành, cắt đồ thị công tại các điểm biểu diễn quá trình nạp, nén, cháy-giãn nở và thải Các điểm này cho phép kẻ các đường thẳng song song với trục hoành, chuyển sang hệ trục tọa độ P – α.
Từ các điểm chia trên trục 0 α, vẽ các đường thẳng song song với 0 P để xác định các điểm giao cắt tương ứng với điểm chia trên đồ thị Brick, phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Kết nối các giao điểm này sẽ tạo thành đồ thị P kt - α b Tiếp theo, vẽ đồ thị P j - α.
Cách vẽ đồ thị tương tự như phương pháp khai triển đồ thị công, nhưng giá trị của điểm tìm được tương ứng với α đã chọn sẽ được phản chiếu qua trục 0 α Điều này xảy ra vì đồ thị trên cùng trục tọa độ với đồ thị công là đồ thị -P j c Do đó, vẽ P 1- α sẽ giúp thể hiện mối quan hệ này một cách rõ ràng.
- Đồ thị P 1- α được vẽ bằng phương pháp cộng đồ thị vì P 1 = P kt +¿ P j
- Để có thể tiến hành cộng đồ thị thì P 1 , P kt , P j phải cùng thứ nguyên và cùng tỉ lệ xích.
Xây dựng đồ thị T , Z , N theo α 16
a Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
- Lực tác dụng lên chốt piston P 1 là hợp lực của lực quán tính và lực khí thể.
- Trong quá trình tính toán động lực học các lực này được tính trên đơn vị diện tích đỉnh piston nên: p 1 = p kt + p j
- Phân tích P 1 ra làm 2 thành phần lực :
Trong đó: p 1 là thành phần lực tác dụng lên đường tâm thanh truyền.
N là thành phần lực tác dụng lên phương thẳng góc với đường tâm xilanh.
- Từ quan hệ lượng giác ta có thể xác định được trị số của p tt và N:
- Ta lại phân tích p tt ra làm 2 thành phần lực: lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z.
{ Z= T = p p tt tt cos sin (α (α + + β β )= )= p p 1 1 sin cos cosβ cosβ (α (α + + β) β) (1.8) b Xây dựng đồ thị T, Z , N theo α
- Từ đồ thị p 1- α tiến hành đo giá trị biểu diễn của p1 theo α = 0 0 , 5 0 , 10 0 , …,
360 0 Sau đó xác định β theo quan hệ: Sin β = λ Sin α ⇒ β = arcsin( λ Sin α ).
Với mỗi giá trị của α, sẽ có một giá trị β tương ứng Dựa vào các công thức (1.7) và (1.8), chúng ta có thể xây dựng bảng giá trị cho đồ thị T, N, Z – α.
- Bảng 1-2: Bảng giá trị T, N, Z - α ( μ T = μ N = μ Z = μ p = 0,0535 (MN/m 2 mm).
P1(mm) α β Sin(α + β)/Cosβ T(mm) Cos(α + β)/Cosβ Z(mm
Xây dựng đồ thị Σ T – α 20
- Góc lệch công tác δ ct = 180 i τ = 180.2 6 = 60 0
- Bảng thứ tự làm việc của động cơ 2 kỳ, 6 xilanh : 1-5-3-6-2-4
C-GN-T: Cháy - Giãn nở - Thải
- Ta có quan hệ α 2 , α 3 , α 4 , α 5 , α 6 theo α 1 khi α 1 lần lượt nhận các giá trị từ 0 0 đến 360 0 được cho trong bảng.
- Cứ mỗi giá trị α 1 , α 2 , α 3 , α 4 , α 5 , α 6 ta có giá trị T1 , T2 , T3 , T4 , T5 , T6 tương ứng được xác định theo giá trị T- α
- Bảng giá trị Σ T - α μ Σ T = μ p = 0,0535 (MN/m 2 mm). α1 T1 α2 T2 α3 T3 α4 T4 α5 T5 α6 T6 ∑T
- Ta có Σ Ttb từ đồ thị: Σ Ttb = ( Σ ( Σ Ti))/6 = 40,79 mm.
Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 21
a Mục đích của việc xây dựng đồ thị phụ tải:
- Xác định lực tác dụng trên chốt ở mỗi vị trí của trục khuỷu.
- Khai triển đồ thị phụ tải theo quan hệ Q - α ta có thể xác định được phụ tải lớn nhất, bé nhất trên chốt khuỷu.
Từ đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, chúng ta có thể xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền và đồ thị mài mòn chốt khuỷu Qua đó, xác định được vị trí chịu phụ tải nhỏ nhất trên chốt khuỷu để khoan lỗ dầu bôi trơn Phương pháp vẽ đồ thị này là một bước quan trọng trong quá trình thiết kế và cải thiện hiệu suất của hệ thống.
- Vẽ hệ tọa độ T-Z, gốc tọa độ O’, trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới.
Đặt các giá trị của các cặp (T, Z) theo các góc α tương ứng lên hệ trục tọa độ T-Z Mỗi cặp giá trị (T, Z) sẽ tương ứng với một điểm trên hệ trục Đánh dấu các điểm tại các giá trị 0, 5, 10,…, 360, tương ứng với các góc α từ 0°, 5°, 10°,…, 360°.
- Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
- Dời gốc tọa độ O’ theo phương trục Z một đoạn O’O bằng giá trị biểu diễn của lực quán tính li tâm PRo
- Tính lực quán tính li tâm PRo:
Trong đó: m2 là khối lượng nhóm thanh truyền quy về đầu to thanh truyền, tính trên một đơn vị diện tích đỉnh piston. m2 = 0 ,7 F m tt p = 0 ,7.1380 4 π (0.5) 2 = 4919,8 (kg/ m 2 ) Suy ra: PRo = 4919,8 2,214 2 13 , 3 2 = 0,963 (MN/ m 2 ).
Giá trị biểu diễn O ’O = PRobd = P Ro μ p = 0,0535 0,963 = 18 mm.
- Điểm O xác định chính là tâm chốt khuỷu Từ tâm O vẽ vòng tròn tượng trưng chốt khuỷu.
- Xác định giá trị, chiều và điểm đặt của vectơ phụ tải tại một điểm A bất kỳ trên đồ thị phụ tải.
+ Giá trị của vectơ phụ tải là khoảng cách từ tâm O đến điểm A.
+ Chiều của vectơ phụ tải theo chiều từ tâm O ra điểm A cần xác định.
+ Điểm đặt của vectơ phụ tải là điểm giao nhau của vectơ OA và kéo dài về phía gốc cho đến khi cắt vòng tròn tượng trưng chốt khuỷu.
Khai triển đồ thị phụ tải trong hệ tạo độ cực O thành đồ thị Q – α 23
- Chọn tỉ lệ xích μ Q = μ p = 0,0535 (MN/m 2 mm). μ = 1 ( 0 / mm).
Tiến hành đo khoảng cách từ tâm O đến các điểm Ai(Ti, Zi) tương ứng với các góc α i trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu, từ đó thu được các giá trị Qi tương ứng.
- Lập bảng tính xây dựng đồ thị Q - α α Q α Q α Q α Q
- Tiến hành vẽ đồ thị:
+ Vẽ hệ trục tọa độ QO α
+ Đặt các cặp điểm (Q, α ) lên hệ trục tọa độ.
+ Đường cong nối các điểm này biểu diễn đồ thị Q - α cần vẽ.
- Xác định giá trị biểu diễn của Qtb: Qtbbd = Σ Ttb = Σ (Qi)/36 @,3 mm.
Suy ra Qtb = Qtbbd μ Q = 40,3.0,0535 = 2,156 (MN/m 2 ).
Xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 24
a Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền:
Vẽ một hình tượng trưng với đầu to của thanh truyền trên giấy bóng mờ, lấy tâm O làm trung tâm Tiếp theo, vẽ một vòng tròn với tâm O và bán kính tùy ý Điểm giao giữa đường tâm của thanh truyền và vòng tròn sẽ được xác định là điểm gốc 0 0.
Chia vòng tròn tâm O thành 36 phần theo chiều kim đồng hồ từ gốc 0 0, các điểm chia tương ứng với các góc (α i + β i) Để đơn giản, tại các điểm chia trên vòng tròn, ta chỉ ghi giá trị α i, tức là ghi 0, 10, 20,…, 360.
Đặt tờ giấy bóng lên đồ thị phụ tải, đảm bảo tâm O trùng với gốc O của đồ thị Đồng thời, điều chỉnh đường tâm thanh truyền OZ’ sao cho nó trùng với trục OZ của đồ thị.
Trên tờ giấy bóng, ta đánh dấu điểm 0 của đầu mút vectơ ⃗ Q 0 và xoay tờ giấy ngược chiều kim đồng hồ để các điểm chia 10, 20, 30, …, 360 trùng với trục OZ Đồng thời, các đầu mút của các vectơ ⃗ Q 10, ⃗ Q 20, ⃗ Q 30, …, ⃗ Q 360 được đánh dấu tương ứng với các điểm 10, 20, 30, …, 360 trên tờ giấy bóng, thể hiện đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu.
Khi nối các điểm đã đánh dấu trên giấy bóng theo thứ tự, ta sẽ tạo ra đường cong biểu diễn đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền Tiếp theo, cần xác định giá trị, chiều và điểm đặt lực để hoàn thiện quá trình phân tích.
- Giá trị biểu diễn là khoảng cách từ tâm O ra điểm B bất kỳ cần xác định.
- Chiều từ tâm O ra điểm cần xác định B.
- Điểm đặt là giao điểm của vectơ OB và vòng tròn tượng trưng đầu to thanh
Xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu 25
a Các giả thiết cơ bản để xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu
- Khi tính mài mòn ta tính lúc động cơ ở tốc độ định mức.
- Độ mài mòn tỉ lệ với lực tác dụng lên chốt khuỷu.
Tại một điểm trên chốt khuỷu, lực tác dụng ảnh hưởng đến vùng lân cận ở cả hai phía trong phạm vi 120 độ Để xây dựng đồ thị mài mòn chốt khuỷu, cần áp dụng các phương pháp phù hợp nhằm xác định mức độ ảnh hưởng của lực tác dụng.
Vẽ một vòng tròn tượng trưng cho chốt khuỷu với tâm O trùng với tâm đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Vòng tròn được chia thành 24 phần bằng nhau theo chiều ngược kim đồng hồ, bắt đầu từ điểm 0, nơi giao nhau giữa đường tâm má khuỷu và vòng tròn tâm O Các điểm chia được đánh số từ 0 đến 23.
Từ các điểm 0 đến 23, kéo dài các tia qua tâm O sẽ cắt đồ thị phụ tải Số điểm giao nhau tương ứng với số lực tác dụng tại một điểm.
Trong đó: i là điểm chia bất kỳ.
1, 2, 3 là số giao điểm của tia chia với đồ thị phụ tải.
- Ghi kết quả tính Σ Q’i vào bảng trong phạm vi tác dụng lực giả thiết là 120 0
- Tính Σ Qi theo các cột: Σ Q = Σ Qi = Σ Q’0 + Σ Q’1+ Σ Q’2 + …+ Σ Q’23
- Chọn tỉ lệ xích μ Σ Q = 1,07 (MN/m 2 mm) Đặt các đoạn 00 ’ = Σ Q0 μ T / μ Σ Q , 11’ = Σ
Tỷ lệ μ T / μ Σ Q từ 0’ đến 23’ cho thấy sự phân bố của các điểm mút trong đường tròn Khi kết nối các điểm này bằng thước cong, ta có thể xây dựng đồ thị biểu diễn dạng mài mòn lý thuyết của chốt khuỷu.
- Bảng giá trị đồ thị mài mòn chốt khuỷu:
Phân tích đặc điểm chung của động cơ chọn tham khảo 28
Một số nét khái quát về động cơ 6S50ME-B9 Tier II của hãng MAN B&W 28
- Động cơ diesel, 2 kỳ, 6 xilanh, một hàng xilanh thẳng đứng.
- Đường kính × hành trình Piston: 500 × 2214 mm.
- Công suất cực đại Ne 680 Kw tại số vòng quay n = 117 vòng/phút.
- Vận tốc của piston Cm = 8,63 m/s.
- Khối lượng động cơ m = 225 tấn.
- Suất tiêu thụ nhiên liệu (sử dụng tuabin tăng áp):
+ ge = 170 g/Kw.h tại hiệu suất 100 %.
+ ge = 167 g/Kw.h tại hiệu suất 80 %
- Áp suất hiệu dụng trung bình (MEP) bằng 21 bar.
Hình 2.1 - Kích thước của động cơ 6S50ME-B9 Tier II
Số xilanh 6 Khối lượng tấn 225
Hình 2.2 - Mặt cắt ngang của động cơ 6S50ME-B9 Tier II
- Giải thích ký hiệu của động cơ 6S50ME-B9:
+ 6: Số xilanh của động cơ.
+ S: Hành trình siêu dài (Tỉ số S/D ≥ 4).
+ 50: Đường kính của piston (cm).
+ E: Hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử.
+ B: Van xả được điều khiển bằng trục cam.
Cơ cấu và hệ thống chính của động cơ 6S50ME-B9 30
2.2.1 Piston a Điều kiện làm việc:
+ Chịu tải trọng cơ học.
+ Chịu ma sát và ăn mòn. b Kết cấu của piston:
1 Đường dầu làm mát, 2 Cán piston, 3 Bulông liên kết, 4 Thân piston, 5 Khoang chứa dầu làm mát, 6 Rãnh lắp vòng xecmăng, 7 Đường dầu về sau khi làm mát.
+ Có dạng đỉnh lõm, cùng với xilanh và nắp máy tạo thành buồng cháy.
Đỉnh lõm mang lại lợi ích là tạo ra xoáy lốc nhẹ trong quá trình nén và cháy, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ Tuy nhiên, nhược điểm của thiết kế này là diện tích chịu nhiệt lớn, có thể ảnh hưởng đến độ bền của động cơ.
+ Được chế tạo bằng thép chịu nhiệt.
+ Có nhiệm vụ bao kín và là nơi bố trí rãnh xecmăng.
+ Trên đầu piston có bố trí bốn rãnh để lắp vòng xecmăng, các rãnh này đều được mạ crom.
+ Các vòng xecmăng số 2, 3 và 4 được vát miệng 45 0 và các miệng này được bố trí lệch nhau.
+ Có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston không bị chuyển động lắc ngang.
+ Thân piston được chế tạo rời và liên kết với phần đầu piston bằng bulông.
+ Liên kết piston với thanh truyền.
+ Được chế tạo bằng thép cacbon và làm rỗng bên trong để dẫn dầu làm mát đỉnh piston.
Hình 2.4 - Piston động cơ 6S50ME-B9
1 Đỉnh piston, 2 Rãnh lắp vòng xecmăng, 3 Đường dầu làm mát, 4 Đầu piston,
5 Vòng xecmăng, 6 Khoang chứa dầu làm mát, 7 Cán piston.
2.2.2 Thanh truyền a Nhiệm vụ: Biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu. b Điều kiện làm việc: Chịu tác động của lực khí thể và lực quán tính của nhóm piston và thanh truyền. c Thanh truyền của động cơ 6S50ME-B9:
- Được chế tạo từ thép cacbon, nắp đầu to và đầu nhỏ được chế tạo rời và ghép với thân thanh truyền nhờ bulông.
- Thân thanh truyền được chế tạo rỗng nhằm làm giảm trọng lượng và để dẫn dầu bôi trơn.
Bạc lót đầu lớn và nhỏ được thiết kế thành hai nửa, với rãnh dẫn dầu bôi trơn được kết nối trực tiếp từ đường dầu chính trong thân máy.
Hình 2.5 - Kết cấu đầu to thanh truyền
1 Bạc lót đầu to, 2 Lỗ dẫn dầu bôi trơn, 3 Gờ định vị, 4 Nắp đầu to, 5 Bulông đầu to, 6 Rãnh dầu bạc lót.
Hình 2.6 - Thanh truyền động cơ 6S50ME-B9
1 Đầu to thanh truyền, 2 Bulông nắp đầu to, 3 Thân thanh truyền, 4 Bạc lót đầu to,
1 Đầu to thanh truyền, 2 Thân thanh truyền, 3 Đầu nhỏ thanh truyền, 4 Rãnh dầu bôi trơn, 5 Lỗ bulông đầu to.
Hình 2.8 - Trục khuỷu động cơ 6S50ME-B9
1 Cổ trục khuỷu, 2 Chốt khuỷu, 3 Má khuỷu, 4 Mặt bích lắp bánh đà, 5 Bánh xích lắp xích dẫn động trục cam, 6 Puly trục khuỷu. a Nhiệm vụ: Tiếp nhận lực khí thể truyền từ Piston xuống để tạo moment quay cho động cơ. b Điều kiện làm việc: Trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính của chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay, chịu va đập và mài mòn lớn. c Yêu cầu:
- Có độ cứng vững lớn, độ bền cao, trọng lượng nhỏ
- Có tính cân bằng cao không xảy ra cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng.
- Độ chính xác gia công cơ khí cao. d Trục khuỷu của động cơ 6S50ME-B9
1 Má khuỷu, 2 Chốt khuỷu, 3 Cổ trục, 4 Đầu trục khuỷu, 5 Mặt bích lắp bánh đà.
- Được chế tạo bằng thép cacbon, có khoan lỗ dẫn dầu bôi trơn bên trong, trục khuỷu ghép dạng đủ cổ.
- Kết cấu trục khuỷu gồm: cổ trục, chốt khuỷu, má khuỷu, đuôi trục khuỷu, đầu trục khuỷu
- Cổ trục và chốt khuỷu được tôi cứng bề mặt để giảm độ mài mòn.
- Đuôi trục khuỷu lắp bánh xích truyền động xích để dẫn động trục cam, có mặt bích để lắp bánh đà.
2.2.4 Cơ cấu phân phối khí a Nhiệm vụ: Điều khiển quá trình thay đổi môi chất trong động cơ. b Điều kiện làm việc: Chịu tải trọng cơ học cao, nhiệt độ cao, tải trọng va đập lớn. c Yêu cầu: Đóng mở đúng thời điểm, đúng quy luật, tiếng ồn nhỏ, dễ điều chỉnh sửa chữa, giá thành giảm. d Cơ cấu phối khí động cơ 6S50ME-B9
- Sử dụng cơ cấu phối khí hỗn hợp cửa nạp và xupap thải, quét thẳng qua xupap thải, xupap thải được điều khiển bằng trục cam.
- Cửa quét được bố trí xung quanh xilanh theo hướng tiếp tuyến Xupap thải đặt trên nắp xilanh.
1 Trục cam, 2 Cam thải, 3 Bánh xích.
- Trục cam của động cơ 6S50ME-B9 là trục cam ghép
- Cam thải và trục cam được chế tạo rời, 6 cam thải ứng với 6 xilanh của động cơ
- Trên bề mặt của cam có lỗ thủy lực để tháo lắp cam với trục cam.
- Cam thải sẽ không tác động trực tiếp lên xupap thải mà thông qua hệ thống thủy lực điều khiển việc đóng mở của xupap.
- Trục cam được điều khiển bởi trục khuỷu động cơ thông qua truyền động xích.
1 Nắp xilanh, 2 Xupap thải, 3 Đường dầu hồi, 4 Ống áp lực, 5 Đường ống thải,
2.2.5 Hệ thống nhiên liệu a Nhiệm vụ của hệ thống:
- Chứa nhiên liệu dự trữ đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian quy định.
- Lọc sạch nước và các tạp chất cơ học nhiên liệu.
- Cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình ứng với chế độ làm việc quy định của động cơ.
- Cung cấp nhiên liệu đồng đều và đúng lúc vào các xilanh theo trình tự làm việc quy định.
- Phun tơi và phân bố đều hơi nhiên liệu trong thể tích môi chất trong buồng cháy. b Yêu cầu của hệ thống nhiên liệu:
- Độ bền và độ tin vậy cao.
- Dễ chế tạo và giá thành rẽ.
- Dễ dàng và thuận tiện trong tháo lắp, bảo dưỡng. c Yêu cầu của nhiên liệu sử dụng:
- Hòa trộn dễ dàng với không khí và nhanh cháy.
- Khi cháy tỏa ra nhiều nhiệt lượng (tính với một đơn vị khối lượng hoặc thể tích)
- Sản phẩm cháy không gây ô nhiễm môi trường.
- Dầu sử dụng cho động cơ 6S50ME-B9:
+ Marine diesel oil ISO 8217, Class DMB.
+ Một số loại dầu có chỉ số tương tự. d Hệ thống nhiên liệu của động cơ 6S50ME-B9:
- Hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử.
- Động cơ sử dụng bơm cao áp kiểu bơm đơn
Quá trình phun nhiên liệu được điều khiển điện tử, giúp kiểm soát lượng nhiên liệu, thời điểm và áp suất phun, do đó không bị ảnh hưởng bởi tốc độ của động cơ.
Hình 2.13 - Hệ thống nhiên liệu động cơ 6S50ME-B9
1 Động cơ, 2 Đường dầu về bể, 3 Bể gom dầu, 4 Bơm chuyển, 5 Đường dầu đến bể lưu trữ, 6 Lọc nhiên liệu, 7 Thiết bị sấy nóng, 8 Bơm tuần hoàn, 9 Bơm cung cấp, 10 Van tràn, 11 Bình cung cấp dầu diesel, 12 Bình cung cấp dầu nhiên liệu nặng, 13 Thiết bị tách khí, 14 Đường dầu hồi, 15 Vòi phun bơm cao áp.
Hệ thống làm việc bằng cách cung cấp nhiên liệu từ bình dầu diesel và bình dầu nhiên liệu nặng qua bơm cung cấp Bơm tuần hoàn duy trì áp suất nhiên liệu ổn định nhờ van tràn Nhiên liệu sau đó được gia nhiệt qua thiết bị sấy nóng và làm sạch qua bộ lọc trước khi đến vòi phun của bơm cao áp Lượng nhiên liệu thừa sẽ theo đường dầu hồi qua bộ tách khí trước khi trở về bình cung cấp Nhiên liệu rò rỉ từ động cơ sẽ trở về bể gom dầu, nơi nước và tạp chất được loại bỏ trước khi đưa trở lại bình cung cấp.
1 Van tỷ lệ ELFI, 2 Ống xả dầu, 3 Cửa vào dầu nhiên liệu áp suất cao, 4 Bầu chân không,5.Cửa vàodầu nhiên liệu,6 Bơm nhiên liệu,7.Ốngcao áp, 8.Van hút, 9 Van nhiên liệu(van trượt), 10 Piston bơm nhiên liệu, 11 Piston thủy lực.
Hình 2.15 - Bố trí hệ thống phun diesel điện tử
1 Đường dầu thủy lực, 2 Van ELFI (Electronic Fuel Injection), 3 Truc cam nhiên liệu, 4 HPS (Hydraulic Power Supply), 5 Xilanh kép HCU (Dual Hydraulic Cylinder Unit), 6 Cơ cấu tăng áp, 7 Bộ phận dẫn động.
2.2.6 Hệ thống bôi trơn a Nhiện vụ của hệ thống:
- Đưa dầu nhờn đến bôi trơn các bề mặt ma sát.
- Lọc sạch những tạp chất và cặn bã lẫn trong dầu nhờn.
- Tẩy rửa và làm mát các bề mặt ma sát. b Yêu cầu của hệ thống:
- Hệ thống phải làm việc ổn định.
- Công suất dẫn động bơm dầu phải nhỏ. c Yêu cầu của dầu nhờn bôi trơn:
- Dầu bôi trơn phải bám chắc vào bề mặt các chi tiết, chống han rỉ, hút nhiệt.
- Không thay đổi phẩm chất trong quá trình bảo quản và làm việc
- Không phân hủy do tác dụng của nhiệt độ.
- Có độ nhớt phù hợp, tính ổn định và nhiệt độ đông đặc đạt giới hạn nhất định.
- Dầu bôi trơn sử dụng cho động cơ 6S50ME-B9:
Công ty Dòng sản phẩm
Caltex, Chevro and Texaco Veritas 800 Marine 30
Total Atlanta Marine D 3005 d Hệ thống bôi trơn động cơ 6S50ME-B9:
- Động cơ sử dụng hệ thống bôi trơn cacte khô.
Hình 2.16 - Hệ thống bôi trơn động cơ 6S50ME-B9
1 Dầu động cơ, 2 Bình làm mát dầu, 3 Van hằng nhiệt, 4 Đầu thăm dò, 5 Thiết bị tách khí, 6 Van mồi bơm, 7.Van xả dầu, 8 Bơm dầu bôi trơn, 9 Đường dầu từ bộ lọc, 10 Lọc tinh, 11 Van tiết lưu, 12 Đường dầu đến bể thoát, 13 Bể dầu bôi trơn dưới, 14 Đường dầu đến bộ lọc.
Hệ thống bôi trơn hoạt động bằng cách bơm dầu từ bể dầu dưới (13) qua bơm dầu bôi trơn (8) vào đường dầu chính Van (6) giúp mồi dầu cho bơm khi chưa hoạt động Trên đường dầu chính có van hằng nhiệt (3) và bình làm mát dầu (2); khi nhiệt độ dầu dưới 45°C, dầu sẽ bôi trơn trực tiếp cho động cơ Khi nhiệt độ vượt quá 45°C, van hằng nhiệt đóng lại, dầu sẽ được làm mát qua bình làm mát (2), sau đó qua lọc tinh (10) và van tiết lưu (11) để bôi trơn các chi tiết động cơ rồi trở về bể dầu (13) Tại bể dầu, dầu sẽ được lọc qua bộ lọc để loại bỏ tạp chất và theo đường dầu (9) đi lên bình chứa dầu trên (1), từ đó bổ sung dầu cho quá trình bôi trơn động cơ.
Động cơ cần được làm mát để giảm nhiệt lượng lớn sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu và ma sát giữa các chi tiết Nếu không được làm mát hoặc làm mát không đủ, động cơ sẽ chịu ứng suất nhiệt lớn, dẫn đến giảm sức bền và hư hỏng chi tiết Nhiệt độ cao cũng làm mất tác dụng của dầu bôi trơn, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của động cơ.
Hệ thống làm mát động cơ 6S50ME-B9 được thiết kế với hai vòng làm mát, trong đó vòng ngoài sử dụng nước biển để làm mát và vòng trong sử dụng nước ngọt.
- Có 2 phương án làm mát cho động cơ được sử dụng: a Hệ thống làm mát bằng nước biển: Đây là hệ thống làm mát 2 vòng
+ Vòng ngoài làm mát bằng nước biển, nước biển dùng để làm mát dầu bôi trơn động cơ, làm mát áo bao, làm mát khí quét.
Vòng trong làm mát bằng nước ngọt giúp làm mát áo bao, áo bao hỗ trợ làm mát các bộ phận như ống lót xilanh, nắp xilanh, xupap thải và ống thoát dầu nhiên liệu Hệ thống nước làm mát trung tâm cũng hoạt động theo cơ chế làm mát 2 vòng.
+ Vòng ngoài làm mát bằng nước biển, nước biển dùng làm mát hệ thống làm mát trung tâm.
Phân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của nhóm trục khuỷu-bạc lót-bánh đà
Trục khuỷu 49
3.1.1 Nhiệm vụ, điều kiện làm việc và yêu cầu đối với kết cấu trục khuỷu. a Nhiệm vụ của trục khuỷu: Tiếp nhận lực khí thể truyền từ piston xuống để tạo moment quay cho động cơ. b Điều kiện làm việc của trục khuỷu:
+ Chịu lực quán tính và lực khí thể.
+ Chịu va đập, chịu xoắn.
+ Chịu mài mòn lớn. c Yêu cầu đối với trục khuỷu:
+ Có độ cứng vững lớn, có độ bền cao và trọng lượng nhỏ.
+ Có tính cân bằng cao, không xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử dụng.
+ Có độ chính xác cao trong gia công cơ khí.
3.1.2 Vật liệu và phương pháp chế tạo trục khuỷu a Vật liệu chế tạo: Trục khuỷu được chế tạo từ thép cacbon với thành phần cacbon từ (40 – 50)%. b Phương pháp chế tạo: Trục khuỷu được chế tạo bằng phương pháp rèn khuôn (dập thể tích).
3.1.3 Đặc điểm và kết cấu của trục khuỷu.
1 Má khuỷu, 2 Chốt khuỷu, 3 Cổ trục, 4 Đầu trục khuỷu, 5 Mặt bích lắp bánh đà.
- Trục khuỷu của động cơ DV6-02 là trục khuỷu ghép, dạng đủ cổ Cổ trục được chế tạo rời rồi ghép với khuỷu.
- Mối ghép dùng kiểu lắp chặt, không cần then Khi lắp trục khuỷu được đun nóng lên đến (200 0 C ÷ 250 0 C) Độ dôi trong khoảng (1/700 ÷ 1/900).dct.
Kết cấu trục khuỷu bao gồm các thành phần chính như đầu trục khuỷu, cổ trục, chốt khuỷu, má khuỷu và đuôi trục khuỷu Đầu trục khuỷu được trang bị mặt bích để kết nối với thiết bị dẫn động chân vịt và lắp vành ngăn dầu nhằm bảo vệ hệ thống Cổ trục đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động và giữ ổn định cho trục khuỷu.
- Tất cả các cổ trục có cùng kích thước đường kính.
- Đường kính cổ trục: dct = (0,7 ÷ 0,8)D.
Trong đó: D = 500 mm là đường kính xilanh.
- Chiều dài cổ trục: lct = (0,5 ÷ 0,6)dct.
- Bề mặt làm việc cổ trục được tôi cứng đạt (52 ÷ 62)HRC để giảm mài mòn.
- Cổ trục có khoan đường dẫn dầu bôi trơn. c Chốt khuỷu:
- Đường kính chốt khuỷu: dch = (0,64 ÷ 0,72)D.
Trong đó: D = 500 mm là đường kính xilanh.
- Chiều dài chốt khuỷu: lch = (0,8 ÷ 1,0)dch.
- Bề mặt làm việc chốt khuỷu được tôi cứng đạt (52 ÷ 62)HRC để giảm mài mòn.
- Chốt khuỷu có khoan đường dẫn dầu bôi trơn. d Má khuỷu:
- Má khuỷu có dạng hình lăng trụ để tiết kiệm vật liệu.
- Chiều rộng của má khuỷu: hm = (1,05 ÷ 1,3)D.
- Chiều dày má khuỷu: bm = (0,24 ÷ 0,27)D.
- Má khuỷu có khoan đường dẫn dầu bôi trơn từ cổ trục lên chốt khuỷu.
Hình 3.2 - Má khuỷu e Đuôi trục khuỷu: Đuôi trục khuỷu có mặt bích để lắp bánh đà, có lắp bánh xích(truyền động xích) để dẫn động trục cam.
Bạc lót 52
- Bạc lót được sử dụng là loại bạc dày, có vai.
- Cấu tạo bạc lót gồm có:
Gộp bạc được chế tạo từ thép có hàm lượng cacbon thấp, giúp cho hợp kim có khả năng chịu mài mòn tốt Điều này cho phép gộp bạc và bạc lót bám chắc vào nhau, đồng thời có độ đàn hồi tương đối tốt.
+ Lớp hợp kim chịu mòn.
- Hai mặt đầu bạc lót được tráng lớp hợp kim chịu mòn để tránh cọ xát giữa đầu to thanh truyền và má khuỷu.
- Định vị bạc lót bằng chốt đóng trên nắp đầu to , chốt này được lắp sít với lỗ định vị trên lưng bạc lót.
Hình 3.3 - Bạc lót chốt khuỷu
- Các kích thước của bạc lót:
+ Chiều dày bạc lót δ = 6 mm.
Trong đó: - Chiều dày gộp bạc là 5 mm.
- Chiều dày lớp hợp kim chịu mòn là 1 mm.
+ Đường kính ngoài của bạc dbch = dch + 2 δ = 340 + 2.6 = 352 mm.
+ Chiều rộng của bạc bbch = lch = 306 mm.
- Bạc lót được sử dụng là loại bạc dày , có vai, được lắp theo kiểu lắp căng.
- Cấu tạo bạc lót gồm có:
+ Lớp hợp kim chịu mòn.
- Vai bạc lót được tráng hợp kim chịu mòn.
- Hai đầu bạc được vát góc để bạc lắp vào ổ không bị kênh.
- Bạc lót được cố định bằng chốt định vị trên nắp ổ trục , chốt này được lắp vào lỗ trên lưng bạc lót.
Hình 3.4 - Bạc lót cổ trục
- Các kích thước của bạc lót:
+ Chiều dày bạc lót δ = 6 mm.
Trong đó: - Chiều dày gộp bạc là 5 mm.
- Chiều dày lớp hợp kim chịu mòn là 1 mm.
+ Đường kính ngoài của bạc dbct = dct + 2 δ = 400 + 2.6 = 412 mm.
+ Chiều rộng của bạc bbct = lct = 240 mm.
Bánh đà 55
Bánh đà có vai trò quan trọng trong việc tích trữ năng lượng dư thừa sinh ra trong quá trình sinh công Nó giúp bù đắp cho phần năng lượng thiếu hụt trong các hành trình tiêu hao công, từ đó làm cho trục khuỷu quay đều hơn và giảm biên độ dao động tốc độ góc của trục khuỷu.
- Vật liệu để chế tạo bánh đà là gang xám.
- Bánh đà được lắp trên mặt bích ở phần đuôi trục khuỷu bằng bulông.
- Vành răng được cố định trên bánh đà băng cách ép nóng có độ dôi lớn.
Bánh đà được thiết kế với các lỗ để lắp chốt định vị, giúp kết nối bánh đà với mặt bích Chốt này không chỉ giữ cho bánh đà ổn định mà còn chịu lực cắt, thay thế cho bulông.
- Kết cấu của bánh đà:
Hình 3.5 - Bánh đà Kết Luận:
Trong suốt quá trình thực hiện đồ án môn học tính toán động cơ đốt trong, chúng tôi đã giải quyết những vấn đề cơ bản và quan trọng Mặc dù khối lượng kiến thức thu thập được không lớn, nhưng đây là nền tảng vững chắc cho sự phát triển nghề nghiệp của sinh viên sau khi ra trường và bước vào thị trường lao động.
- Nhiệm vụ và vấn đề cần giải quyết chính của đồ án bao gồm:
Để xây dựng bản vẽ đồ thị công, động học và động lực học, cần áp dụng các phương pháp khoa học và kỹ thuật phù hợp Bên cạnh đó, việc tìm hiểu và phân tích đặc điểm chung của động cơ được chọn là rất quan trọng, dựa trên số liệu mà đề bài đã cung cấp.
+ Phân tích đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của nhóm chi tiết trục khuỷu, bạc lót, bánh đà.
Đồ án hoàn thành đúng tiến độ nhờ vào sự nhiệt tình hướng dẫn và hỗ trợ từ các thầy trong khoa, cùng với sự tích cực, chủ động và nghiêm túc của sinh viên trong quá trình thực hiện.
- Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !
[1] Nguyên lý động cơ đốt trong - Nguyễn Tất Tiến - NXB Giáo Dục
[2] Bài giảng môn học kết cấu tính toán động cơ đốt trong - PGS.TS.TrầnThanh Hải Tùng
[3] Hướng dẫn đồ án thiết kế động cơ đốt trong - Ths Nguyễn Quang Trung
[4] Giáo trình môn học kết cấu động cơ đốt trong - TS Dương Việt Dũng
[5] Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong (Tập II) - Hồ Tấn Chuẩn - NXB Đại Học
Và Trung Học Chuyên Nghiệp Hà Nội – 1979
[6] Cùng với một số tài liệu hướng dẫn của hãng MAN B&W