khảo sát máy nén piston trên ôtô kamaz 53212

Các ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô như hỗ trợ trong hệthống phanh trên ô tô, tăng áp suất cho dòng khí nạp vào động cơ để tăng công suấtcho động cơ đốt trong … không

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án tốt nghiệp là nhiệm vụ cuối cùng trong chuyên ngành đào tạo kỹ sưcủa Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng mà mọi sinh viên trước khi bước vàothực tế công việc phải thực hiện Đồ án tốt nghiệp giúp cho sinh viên tổng hợp vàkhái quát lại kiến thức đã học từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành Quaquá trình thực hiện, sinh viên tự rút ra nhận xét và kinh nghiệm cho bản thân trướckhi bước vào công việc thực tế của một kỹ sư tương lai

Lịch sử phát triển của máy nén đã có nhiều thế kỷ trước Để hiểu rõ hơn vềmáy nén cũng như các quá trình, đặc điểm thủy lực, kết cấu và ứng dụng của máynén vào các ngành khoa học công nghiệp và trong thực tế Do đó, việc nghiên cứu,khảo sát máy nén là hết sức cần thiết Chính vì vậy, em chọn đề tài tốt nghiệp là:

“khảo sát máy nén piston trên ôtô KaMaz 53212, máy nén ly tâm trên động cơ D1146TI” , với đề tài này có thể phần nào giúp chúng ta hiểu hơn về hai loại máy

nén này

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng học hỏi, nghiên cứu tài liệu

và làm việc một cách nghiêm túc Cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy cô và cácbạn, em đã hoàn thành xong đồ án theo đúng thời gian qui định Tuy nhiên, do thờigian có hạn, tài liệu tham khảo còn nhiều hạn chế cũng như bản thân còn thiếu kinhnghiệm thực tế nên đồ án còn nhiều thiếu sót, kính mong thầy cô quan tâm góp ý

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành đến các thầy cô

đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gửi lờicảm ơn chân thành đến cô Nguyễn Thị Băng Tuyền đã quan tâm và giúp đỡ em tậntình trong quá trình thực hiện đồ án này

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hoàng Anh

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

2 Mục đích, ý nghĩa của đề tài: 4

3 Khảo sát máy nén piston và máy nén ly tâm 5

3.1 Nhiệm vụ máy nén 5

3.2 Khảo sát máy nén piston: 5

3.2.1 Nhiệm vụ và phân loại: 5

3.2.2 Khảo sát máy nén piston piston 1 cấp: 5

3.3 Khảo sát máy nén ly tâm: 25

3.3.1 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động: 25

3.3.2 Các quá trình của máy nén ly tâm: 26

3.3.3 Khảo sát đặc điểm thủy lực của máy nén ly tâm: 32

4 Khảo sát máy nén piston trong hệ thống phanh xe KaMaz 53212: 37

4.1 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật: 37

4.1.1 Các đặc điểm chung của kết cấu: 37

4.1.2 Các thông số kỹ thuật: 38

4.2 Giới thiệu chung của hệ thống phanh trên xe KaMaz 53212: 39

4.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống phanh : 39

4.2.2 Các thông số kỹ thuậ của hệ thống phanh: 40

4.2.3 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh: 42

4.3 Khảo sát máy nén piston 1 cấp: 45

4.3.1 Cấu tạo máy nén piston 1 cấp: 45

4.3.2 Các bộ phận của máy nén piston: 46

4.3.3 Tính toán kiểm nghiệm máy nén: 51

5 Khảo sát máy nén ly tâm trong hệ thống tăng áp động cơ D1146TI: 56

5.1 Sơ đồ hệ thống tăng áp động cơ D1146TI: 56

5.2 Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp động cơ D1146TI: 58

5.2.1 Bộ tuốc bin CY20 tăng áp: 58

5.2.2 Tuốc bin khí của bộ tuốc bin tăng áp của động cơ D1146TI: 60

5.2.3 Máy nén ly tâm: 62

5.2.4 Van giảm áp và bộ phận chấp hành: 69

5.3 Đặc điểm bố trí, sắp xếp cụm tuốc bin – máy nén: 69

5.4 Phối hợp giữa tuốc bin, máy nén với động cơ đốt trong: 71

5.5 Tính toán kiểm nghiệm máy nén ly tâm trên động cơ: 72

5.5.1 Các số liệu cho trước và thông số chọn: 72

5.5.2 Tính toán kiểm nghiệm máy nén: 73

6 Đánh giá máy nén : 75

6.1 Năng suất của máy nén : 75

6.1.1 Đánh giá năng suất của máy nén: 75

6.1.2 Phương pháp đánh giá năng suất đơn giản: 76

6.2 Hiệu suất máy nén: 76

6.2.1 Hiệu suất đẳng nhiệt: 77

6.2.2 Hiệu suất thể tích: 77

7 Các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả trong máy nén: 78

7.1 Nhiệt độ khí vào: 78

7.2 Sụt áp trong bộ lọc khí: 79

7.3 Giảm thiểu rò rỉ khí: 79

7.4 Xả nước ngưng: 80

7.5 Thực hiện việc bảo dưỡng máy nén: 81

8 Kết luận chung: 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 1

2 Mục đích, ý nghĩa của đề tài:

Lịch sử của các ngành công nhiệp và kỹ thuật luôn gắn liền với lịch sử pháttriển của máy nén Máy nén đã xuất hiện từ lâu, ngay từ thời cổ đã có các loại máythổi khí dùng trong ngành sản xuất đồng và sắt, kể cả những máy thổi chạy bằngsức nước Tới thế kỷ XVIII, máy nén piston xuất hiện

Vào những năm 50 và 60 của thế kỷ XX, theo số liệu thống kê thì chỉ riêng ởCộng Hoà Liên Bang Đức đã có hơn 60 hãng chuyên sản xuất các phần tử điềukhiển bằng khí nén Ngày nay, không có ngành công nghiệp hay kỹ thuật nói chungnào mà không dùng khí nén Khí nén có nhiều công dụng khác nhau : là tác nhânmang năng lượng (dùng để khuấy trộn trong thiết bị phản ứng), là tác nhân mang tínhiệu điều chỉnh (trong kỹ thuật tự động) và là nguyên vật liệu sản xuất ra các sảnphẩm (trong công nghiệp hóa học)

Muốn có khí nén phải dùng các máy nén khí

Vì vậy, máy nén là một trong những máy rất quan trọng và có ứng dụng rộngrãi trong các ngành công nghiệp, kỹ thuật, đặc biệt đối với ngành công nghiệp ô tônói riêng Các ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô như hỗ trợ trong hệthống phanh trên ô tô, tăng áp suất cho dòng khí nạp vào động cơ để tăng công suấtcho động cơ đốt trong … không thể thiếu máy nén

Khuynh hướng phát triển máy nén ngày nay là giảm nhẹ khối lượng, tăngnăng suất, tăng hiệu suất, tăng độ vững chắc khi làm việc, tự động hóa việc điềuchỉnh năng suất và đảm bảo an toàn

Do đó, việc hiểu biết và nắm vững các nguyên lý hoạt động, cấu tạo, tínhtoán máy nén là hết sức cần thiết

3 Khảo sát máy nén piston và máy nén ly tâm

3.1 Nhiệm vụ máy nén

Nâng áp suất của chất khí nào đó và cấp đủ lưu lượng cho quá trình côngnghệ khác, tạo ra sự tuần hoàn của lưu thể trong chu trình (máy lạnh) hoặc duy trì

áp suất chân không (có chân không, sấy thăng hoa) cho thiết bị khác, trong trườnghợp này máy nén được gọi là bơm chân không

3.2 Khảo sát máy nén piston:

3.2.1 Nhiệm vụ và phân loại:

1 Nhiệm vụ:

Máy nén piston làm việc theo nguyên lý thể tích được sử dụng khi cần tạo ápsuất lớn mà năng suất nhỏ và vừa Trong thực tế loại máy nén piston được sử dụngrộng rãi cho cả nén khí và làm lạnh

2 Phân loại:

Theo số lần tác dụng phân ra: máy nén tác dụng đơn, tác dụng kép

Theo số cấp chia thành: máy nén 1 cấp và nhiều cấp

Theo áp suất chia ra: máy nén hút chân không, máy nén áp suất thấp (p2 <10at), máy nén trung áp (p2 = 10 ÷ 100 at), máy nén cao áp (p2 > 100 at)

Theo năng suất chia ra: máy nén nhỏ (Q < 10 m3/ph), vừa ( Q = 10 ÷ 30

m3/ph) và lớn ( Q > 30 m3/ph )

Theo vị trí xi lanh: máy nén thẳng đứng, nằm ngang,chữ V, chữ L, hình sao.Theo loại khí: máy nén không khí, máy nén khí có tính chất đặc biệt (nổ,cháy, độc)

3.2.2 Khảo sát máy nén piston piston 1 cấp:

2.2.2.1 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy nén piston một cấp:

Trong máy nén piston 1 cấp có thể có 1 hay nhiều cụm piston - xilanh; pistonchuyển động lên xuống (hay qua lại) trong lòng xilanh để thực hiện quá trình hút,

nén và đẩy khí Đỉnh xilanh có lắp đĩa van đẩy (hoặc vừa đẩy vừa hút) Không giantrong lòng xilanh giới hạn giữa hai mặt phẳng vuông góc với trục xilanh đi qua haiđiểm chết của piston gọi là thể tích quét của piston Khi piston chạy xa dần đĩa van

là quá trình hút, ngược lại là quá trình đẩy Mỗi một vòng quay của trục máy thìcụm piston – xilanh thực hiện được một lần hút, nén đẩy chất khí nào đó Thể tíchhút lý thuyết của máy nén bằng thể tích quét của một piston nhân với số piston vànhân với số vòng quay của trục trong một phút Thể tích của hơi hay khí mà máyhút và nén trong một phút bằng thể tích hút lý thuyết nhân với hệ số cấp của máynén Áp suất của khí hay hơi đi vào máy nén gọi là áp suất hút và đi ra là áp suấtđẩy Khi bị nén thì chất khí tăng áp suất, giảm thể tích và tăng nhiệt độ Do đó, tadùng nước hoặc không khí mát để lấy bớt nhiệt lượng của khí và làm nguội máy

9

8

7654

321

H2O

NH3

NH3

H2O

Hình 2-1 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy nén piston

1 – thân máy; 2 – tay biên; 3 – xilanh; 4 – piston thùng (đĩa van hút lắp ở đỉnhpiston); 5 – van hút; 6 – đĩa van đẩy; 7 – van đẩy; 8 – nắp; 9 – lò xo ép đĩa van 6.2.2.2.2 Khảo sát các quá trình của máy nén piston một cấp:

1 Phương trình trạng thái của khí:

Theo Klaperon – Menđêlêép, phương trình trạng thái của khí lý tưởng códạng :

p RT

v

ρ = – khối lượng riêng của chất khí, [kg/m3]

v – thể tích riêng của khí, [m3/kg]

R – hằng số khí, [J/kg.K]

p – áp suất tuyệt đối, [N/m2]

T – nhiệt độ tuyệt đối, [0K]

2 Các quá trình và công nén riêng trong các quá của máy nén:

a Các quá trình của máy nén:

Hình 2-2 Đồ thị chỉ thị của máy nén piston

Đường 1 – 2 : quá trình nén đa biếnĐường 2 – 3 : quá trình đẩy đẳng áp

Đường 3 – 4 : quá trình giản nở khí

Đường 4 – 1 : quá trình hút đẳng áp Hình 2-2 thể hiện các quá trình làm việc của máy nén trên đồ thị p – V, còngọi là đồ thị chỉ thị của máy nén piston Khi piston ở điểm chết dưới là hoàn thànhquá trình hút, thể tích hơi mà máy hút được là V, có áp suất là p1 Đường 1 – 2 làquá trình nén đa biến (khi piston chuyển động từ dưới lên):

Thể tích hơi đẩy vào ống đẩy là Vd Điểm 3 ứng với lúc piston đến ĐCT

Dù chế tạo chính xác tới đâu thì không gian giữa mặt piston và đĩa van đẩy 6(hình 2-2) cũng vẫn còn một giá trị là Vt gọi là thể tích chết Vt cũng là thể tích hơicòn lại sau quá trình đẩy có áp suất là p2 Khi piston chuyển động xuống thì thể tích

Vt sẽ dãn ra thành V4 Như vậy 3 – 4 là quá trình dãn nở của khí hay hơi dư trongkhông gian chết, đó cũng là quá trình đa biến với chỉ số n’:

do sức ỳ và trở lực của van đẩy nên áp suất trong xilanh phải cao hơn p2 thì van đẩymới mở để hơi nén tràn vào ống đẩy Vì vậy đường đẩy là đường đứt đoạn

Giả sử không gian chết trong xilanh đủ lớn để khí nén từ áp suất p1 đến p2 thì

toàn bộ hơi sẽ dồn vào không gian chết Khi ấy đường nén sẽ từ 1 đến 3 (đường đứtđoạn) Khi piston chuyển động ngược lại để thực hiện quá trình hút thì hơi từ khônggian chết lại dãn ra chiếm toàn bộ thể tích như trước khi nén, quá trình lại đi từ 3đến 1 Kết quả là máy vẫn chạy nhưng không hút và đẩy được chút khí nào Hiệusuất của chu trình 1 – 3 – 1 bằng không η = 0

b Công nén trong các quá trình:

Quá trình nén trong xilanh có thể là đoạn nhiệt với chỉ số k, đa biến với chỉ

số n>k hoặc n < k, đẳng nhiệt với n = 1

Công nén riêng là công tiêu tốn để nén 1 kg hơi hay khí từ áp suất p4 đến ápsuất p2, nó ký hiệu tùy theo quá trình nén như:

ln – công nén riêng trong quá trình đa biến, [ kJ/kg ];

lT – công nén riêng đẳng nhiệt, [ kJ/kg ];

lk – công nén riêng đoạn nhiệt, [ kJ/kg ]

Công nén riêng được xác định theo công thức:

Thay giá trị của 1

ρ vào công thức (2.2) ta có:

a2 Quá trình đoạn nhiệt ( n = k ):

Chất khí trong quá trình chuyển động không trao đổi nhiệt với môi trườngxung quanh, ta có biểu thức:

k

p const

Trong đó: p

v

C k C

= - chỉ số đoạn nhiệt của khí, với không khí k = 1,4

Với: Cp – nhiệt dung riêng áp suất, [kJ/kg.độ]

Cv – nhiệt dung riêng thể tích, [kJ/kg.độ]

Đối với hỗn hợp khí chỉ số đoạn nhiệt xác định theo công thức:

n i

i 1 i

a 1

=

Trong đó: ai – thành phần thể tích của cấu tử i ;

k, ki – chỉ số đoạn nhiệt của hỗn hợp và của cấu tử i ;

n – số cấu tử có trong hỗn hợp

2

k

p p

ρ =ρ  ÷

Tương tự

1 1 1

k

p p

ρ =  ÷ρ  

Dựa vào công thức (2.5), (2.1) và (2.6) ta có:

1 2

1

k k

k k

Trong đó: p1, p2 – áp suất đầu và cuối , [N/m2]

T1 ,T2 – nhiệt độ đầu và cuối, [K]

i1, i2 – entanpi của hơi lúc đầu và cuối quá trình nén, [kJ/kg]

Ở đây, công nén riêng để nén khí lý tưởng trong chu trình đoạn nhiệt lý thuyếtcũng chỉ phụ thuộc vào loại khí và nhiệt độ đầu

a3 Quá trình đa biến:

Là chu trình nén có tính chất tổng quát nhất:

n

p const

1

n

p p

n

p p

ρ ρ=  ÷ 

Mặt khác, ta có thể xác định được nhiệt độ ở trạng thái bất kỳ:

1 2

1

n n

n n

quá trình đa biến Thật vậy:

Nếu n = 0, phương trình (2.9) có dạng p = const, đây là quá trình đẳng áp

Nếu n = 1, phương trình (2.9) có dạng p const

ρ = , đây là quá trình đẳng

nhiệt

Nếu n = k, phương trình (2.9) có dạng p k const

ρ = , đây là quá trình đoạn

nhiệt

Nếu n= ±∞, ta có thể biến đổi (2.9) như sau:

Lấy căn bậc n hai vế phương trình ρp n =const ta có:

1 n

p const

Khi n→ ∞ thì 1 1

0 n

p = p∞ = p =1, lúc đó ta có: ρ1 =const

Vậy, khi n→ ∞ quá trình đa biến là quá trình đẳng tích.

Quá trình đa biến bất kỳ với n= −∞ ÷ +∞( ) được biểu diễn trên hình 2-3

n = 1 : quá trình đẳng nhiệt

n = k : quá trình đoạn nhiệt

n →∞ : quá trình đẳng tích 2.2.2.3 Khảo sát đặc điểm thủy lực của máy nén piston 1 cấp:

1 Các yếu tố ảnh hưởng đến máy nén piston:

a Ảnh hưởng của thể tích thừa:

Do có thể tích thừa nên sau khi đẩy khí nén vào bình chứa bao giờ cũng cònlại một lượng khí nén ở áp suất p2 trong thể tích thừa Vì vậy khi piston chuyểnđộng ngược lại từ trái sang phải (hình 2-2) khí từ bên ngoài chưa thể hút vào trongxilanh (vì áp suất trong xilanh còn lớn hơn áp suất bên ngoài) Chỉ khi khí còn lạitrong thể tích thừa giản nở từ điểm 3 đến 4, từ đó trở đi sự dịch chuyển của piston(từ 4 đến ĐCD , hình 2-2) mới hút được lượng khí từ bên ngoài vào xilanh Vậy thểtích nạp thực tế V V V= −1 4( rõ ràng V V< 1 ) Như vậy, thể tích thừa làm giảm

lượng khí hút vào máy nén Xét tới ảnh hưởng này người ta đưa ra khái niệm hiệusuất thể tích, ký hiệu λ1:

1 h

V V

Trong đó: V V V= −1 4 : thể tích hút thực

V = − = −V V V V : thể tích hút lý thuyết hay thể tích tương

ứng với 1 hành trình của piston

Gọi trị số tương đối của thể tích thừa là hệ số thể tích thừa c:

t h

Thay (c), (b) vào (a), ta có :

1 n

1 n 3 1

3

V c

Ta thấy, λ1 phụ thuộc vào thể tích thừa c, tỷ số nén và số mũ đa biến n Từ

đây ta nhận thấy, khi tiến hành quá trình nén và giãn nở thể tích thừa theo đườngđoạn nhiệt sẽ có lợi hơn về mặt hiệu suất thể tích

Ngoài ra, từ (2.16) ta thấy λ1 =0 ( tức V = 0 ) khi đó:

1 n

V V

Trong đó: Qlt – lưu lượng lý thuyết của máy nén ; [m3/s]

D – đường kính của xilanh; [m]

S – hành trình của piston; [m]

n – số vòng quay của trục khuỷu; [v/ph]

z – số xilanhĐể tìm công của máy nén khi kể đến ảnh hưởng của thể tích thừa, ta có:

b Ảnh hưởng của sự không thuận nghịch trong máy nén:

Ta xét tới sự không thuận nghịch của máy nén Sự không thuận nghịchkhông chỉ ở trong quá trình nạp, nén và đẩy mà còn thể hiện trong quá trình trao đổinhiệt với môi trường xung quanh Ta biết rằng tính không thuận nghịch luôn làmtăng entrôpi của quá trình (so với quá trình thuận nghịch) Bởi vì trong quá trìnhkhông thuận nghịch cần tiêu tốn thêm một phần công để thắng sức cản ma sát vàphần công ma sát này lại biến thành nhiệt nên entropi của quá trình sẽ lớn hơn

p2

p1

2t2

, ,

mn oi

mn t

L L

λ

Trong đó: Lmn, λ– công của máy nén khi kể đến các ảnh hưởng của lượng

khí nạp được xác định bằng công thức (2.22)

không thuận nghịch trong máy nén

Nếu coi quá trình nén là đoạn nhiệt, từ hình 2-4 , ta có

1 – 2 là quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch (entropi không đổi)

1 – 2t là quá trình đoạn nhiệt không thuận nghịch (lúc này, entropi tăng mộtlượng ∆s = s2t – s2)

Trong quá trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch 1 – 2 , ta có công của máy nén :

ηoi,k = 0,85 : máy nén thường; ηoi,T = 0,5÷ 0,8 : máy nén đẳng nhiệt

Để phân tích ảnh hưởng của tính không thuận nghịch (hay tính ma sát củachất khí) ta xét máy nén với quá trình nén đoạn nhiệt với lượng nạp Gtt= 1 kg.Lượng công tiêu tốn trong máy nén sẽ tăng thêm một lượng ∆l :

Với: l qms =Dt a12 2. t là công của nhiệt ma sát mà máy nén cần khắc phục.

Từ (2.24) ta thấy đối với máy nén cần đặc biệt lưu ý đến tính không thuận

nghịch (hay tính ma sát của chất khí) vì lượng công của máy nén tăng lên l∆ còn

lớn hơn cả công cần sinh ra để chống lại sức cản ma sát lms

Trong thực tế giá trị công thực của máy nén Lmn,t có thể xác định từ đồ thị chỉthị của máy nén Ta có: L mn t, = pV i h

Trong đó: pi – áp suất chỉ thị trung bình (ứng với đồ thị chỉ thị)

Từ đó ta đưa ra khái niệm hiệu suất chỉ thị ηi:

h

i lt 1

i k

i i V

p v

v

−

= gọi là áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết

(ứng với đồ thị máy nén lý tưởng)Thực tế, khi tỷ số nén Π tăng thì ηoi k, giảm nhưng giảm chậm hơn là sự

giảm của hệ số nạp λ.

Khi đã xác định được ηi k, hoặc ηi k, ta có thể xác định được công của máy

nén thực Lmn,t và trạng thái của khí khi ra khỏi máy nén (điểm 2t):

, ,

Khi kể thêm tổn thất ma sát cơ học (ma sát giữa các chi tiết chuyển động, các

ổ trục,…), công tại trục quay của máy nén gọi là công hữu dụng Le, sẽ là:

Trong đó: ηe – hiệu suất cơ học

Đối với máy nén đứng loại lớn ηe =0 9 0 93, ÷ ,

Đối với máy nén đứng loại nằm ngang, nhỏ, có tốc độ quay lớn

e 0 8 0 85

2 Các thông số của máy nén:

a Lưu lượng (năng suất) của máy nén:

a1 Lưu lượng lý thuyết của máy nén piston được xác định tương tự như lưulượng bơm piston :

3

.60

3

h lt

V n

F S n z

Q=λQ = λ = λ m s

Trong đó: Vh – thể tích hút của piston hay thể tích làm việc của piston

trong 1 vòng quay

λ – hệ số nạp đánh giá tổn thất thể tích trong quá trình làm việccủa máy nén

Trong đó: D – đường kính trong của xilanh, [m]

Khi piston tác dụng 2 phía:

Trong đó: λ1 – hiệu suất thể tích kể đến ảnh hưởng của khoảng hại đến

khả năng hút của máy nén Nó phụ thuộc vào không gian chết và hiệusuất giữa trước và sau quá trình nén:

tt 1 h

V V

λ - ảnh hưởng của độ kín các van hút cũng như đẩy khi đóng

cũng như sự đóng mở đúng lúc của chúng

4

λ - ảnh hưởng độ kín của xecmăng và đệm kín và đĩa van ở

đỉnh xilanh

b Công suất của máy nén piston một cấp:

b1 Công suất lý thuyết N lt của máy nén:

Khi trục khuỷu quay một vòng, piston thực hiện hai hành trình nhưng trongđó chỉ có một hành trình hút

Vậy, năng suất lý thuyết của máy nén được xác định:

Trong đó: l t – công nén riêng lý thuyết, [kJ]

Glt – lưu lượng khối lượng của khí nén , [kg / s]

n – số vòng quay, [vg / ph]

Vh – thể tích hút của piston, [m3]

ρ1 – khối lượng riêng lúc đầu của quá trình nén, [kg/m3]b2 Công suất chỉ thị thực tế i

p – áp suất chỉ thị trung bình , [N / m2]

c Hiệu suất của máy nén piston 1 cấp:

Hiệu suất quá trình hút, nén trong máy nén piston được đánh giá bằng hệ số

Glt – lưu lượng khối lượng lý thuyết , [kg/s]

t c h

N N

Với: pms – áp suất riêng ma sát , [N / m2]

Để tính gần đúng ta có thể lấy: η =0 86 0 93, ÷ ,

Công suất đặt lên đầu ra của trục máy là Nh ( chưa kể công suất khác cũngnhận truyền động từ trục máy như công suất bơm dầu v.v…); công suất đặt lên trụcđộng cơ kéo máy nén là Nd ; có được đánh giá bằng hệ số truyền động ηtd :

[ ]

,

h td d

N

kW N

ηtd – phụ thuộc vào bộ truyền như truyền động trực tiếp, truyền động quakhớp mềm hay đai thang.

Từ công thức (2.42) ta có: h , [ ]

d td

N

η

3.3 Khảo sát máy nén ly tâm:

3.3.1 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động:

c

Hình 2-5 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy nén ly tâm

A – guồng động; b – bộ khếch tán; c – rãnh dẫn khí nén vào guồng tiếp theo; d –trục; 1&2 – cửa vào & ra của guồng động; 3&4 – cửa vào & ra của bộ khuếch tán.Máy nén ly tâm làm việc theo nguyên lý ly tâm Trong một máy nén ly tâmthường có nhiều cấp nén Mỗi cấp gồm có: guồng động a, bộ khuếch tán b và rãnhdẫn khí c (hình 2-5) Các cấp đấu nối tiếp trên cùng 1 trục Số cấp phụ thuộc vào ápsuất cần có của khí sau khi nén

Cấu tạo của máy nén ly tâm cũng giống như bơm ly tâm nhiều cấp Điểmkhác nhau cơ bản là cấu tạo guồng động Các guồng động của bơm ly tâm nhiều cấp

là như nhau về kích thước đường và chiều rộng Các guồng động trong máy nén lytâm có kích thước nhỏ dần theo chiều tăng của áp suất khí nén vì khi nén thể tíchkhí giảm

Nguyên lý làm việc của máy nén ly tâm cũng tương tự như bơm ly tâm, điểmkhác là do sự biến đổi áp suất của khí khi qua guồng động nên dẫn đến sự biến đổi

khối lượng riêng của khí Khi guồng động quay, khí sẽ văng từ tâm ra xung quanhdưới tác dụng của lực ly tâm Do đó xảy ra sự tăng khối lượng riêng của khí và tạo

ra áp suát tĩnh Đồng thời vận tốc khí cũng tăng lên và như vậy tăng áp lực động củakhí

3.3.2 Các quá trình của máy nén ly tâm:

Về lý thuyết, quá trình nén ly tâm của máy nén khí cũng tương tự như bơm

ly tâm, nhưng quá trình nén cần chú ý đến sự giảm thể tích và tăng nhiệt độ của khíbay hơi, cùng với quá trình trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh Do đó, ta xét

sự thay đổi thể tích và nhiệt độ này cho từng quá trình

a Khi guồng động quay thì khí đi từ điểm 1 (cạnh vào của cánh guồng) đếnđiểm 2 (cạnh ra của cánh guồng) và nó nhận được năng lượng (hình 2-5) Nănglượng của khí tại điểm 1 và 2 được thể hiện như sau:

2 1

p 2

C

C T

2 + - tại điểm 2Trong đó: Cp – nhiệt dung riêng đẳng áp, [J/kg.độ]

C1, C2 – vận tốc tuyệt đối của khí tại thời điểm 1 và 2, [m/s]Năng lượng cột áp lý thuyết mà guồng động cấp cho chất khí là Hlt và Hlt

được chứng minh trong mục 2.3.3 (khảo sát đặc điểm thủy lực của máy nén ly tâm)

k

p p

ρ =ρ  ÷

Dựa vào phương trinh khí lý tưởng p 1 RT

ρ = có :1

2

k k

Do đó: ( )

k 1 k

1

n

p p

ρ =  ÷ρ  

Mặt khác có thể xác định được nhiệt độ ở trạng thái bất kỳ trong quá trình:

1 2

1

n n

Vì quá trình nén không hoàn toàn là đoạn nhiệt, mà là đa biến với chỉ số n >

k (chỉ số đoạn nhiệt); n 1 5 1 62= , ÷ , Khi đó, ta có áp suất sau quá trình nén đa biến

là p (hình 2-6) 2'

1 2'

1

n n

5 4

1

p1=c on st

p2=c on

st

2 2"

1-2’ – quá trình nén đa biến với n > k;

1-2” – quá trình nén đa biến với n < k

Nếu bộ khếch tán không có cánh và hai thành bên song song nhau:

Trong đó: i1, i2 – entanpi của khí trước và sau khi nén từ 1 - 2 , [kJ/kg]

llt tương đương với diện tích (1-2-3-4-5-1)

 Quá tình đa biến:

Khi quá trình xảy ra trong bộ khếch tán là đa biến thì áp suất của khí nén khi

3.3.3 Khảo sát đặc điểm thủy lực của máy nén ly tâm:

2.3.3.1 Phương trình cơ bản của máy nén ly tâm ( cột áp):

Hình 2-7 Guồng động và tam giác vận tốc của máy nén ly tâm

Ở mỗi máy nén ly tâm, bộ phận cơ bản của nó là guồng động Nhờ guồngđộng, năng lượng của động cơ được truyền cho khí nghĩa là khi guồng động quaykhí sẽ tăng tĩnh năng và động năng dưới tác dụng của lực ly tâm

Việc thiết lập phương trình cơ bản (cột áp) của máy nén cung tương tự nhưcột áp trong máy cánh dẫn Ta đã biết cột áp H của máy thủy lực là năng lượng đơnvị của dòng khí trao đổi với máy thủy lực; nó chính là công của 1 dơn vị trọnglượng chất khí trao đổi với máy

Theo [8]/8, ta có: N =ρgQ H lt lt∞

Trong đó: Q - năng suất lý thuyết của máy nén , [m lt 3/s]

lt

H ∞ - cột áp của máy nén ứng với giả thuyết: không có tổn

thất, bánh công tác có số cánh nhiều vô cùng, [m]

Lại có, mômen quay M quan hệ với công suất của bánh công tác là:

U1, U2 – vận tốc vòng của chất khí khi đi vào và đi ra, [m/s]

W1, W2 – vận tốc tương đối của chất khí khi đi vào và ra,[m/s]

β1, β2 – góc đặt cánh khi đi vào và ra (β =U Wur uur, )

α1, α2 – góc vào và ra của chất khí (α =C Uur ur, )

C1U, C2U – vận tốc tiếp tuyến (hình chiếu C1, C2 trên U1, U2),[m/s]

Nếu β2 càng lớn thì α2 càng nhỏ làm cho H lớn lên Nhưng thực tế vẫn lấy

β2<900 vì va đập làm tổn hao thủy lực lớn Cũng như ở bơm ly tâm, đa số các bánhcông tác có kết cấu lối vào hoặc bộ phận dẫn hướng vào sao cho dòng chất lỏng ởlối vào của màng dẫn chuyển theo hướng kính, nghĩa là Cuur uur1 ⊥U 1 và α1 = 900 để cột

áp của máy nén lợi nhất Khi đó phương trình cơ bản sẽ là:

2 U 2 lt

U C H

g

Giá trị của C2U được tính theo công thức:

U H

Trong thực tế số cánh có hạn (16÷28) và chiều dày nhất định (2÷20 mm) gâynên sự phân bố không đều trên các mặt cắt của dòng chảy tạo nên các chuyển độngxoáy, do đó vận tốc chảy trong rãnh giữa hai cánh guồng biến đổi và vận tốc tươngđối sẽ đi với góc nhỏ hơn β2 một ít Vì vậy vận tốc tuyệt đối cũng biến đổi hướng

và giảm giá trị tuyệt đối Như vậy, ta có:

ε - hệ số kể tới ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn đến cột

áp-gọi là hệ số tuần hoàn

Vì các ảnh hưởng thực tế này mà cột áp thực tế của máy nén nhỏ hơn cột ápcủa lý thuyết tính theo phương trình cơ bản (2.70)

Trong đó: ηH – hệ số kể đến tổn thất năng lượng của dòng khí chuyển

động qua bánh công tác, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố (kích thước,kết cấu của bánh công tác và các bộ phận dẫn hướng …)

Đối với các máy nén có kết cấu và số vòng quay thông thường:

U H

2.3.3.2 Các thông số của máy nén ly tâm:

1 Năng suất lý thuyết:

Trong đó: v1, v2 – thể tích riêng của khí vào và ra, [m3/ kg]

f1, f2 – diện tích tiết diện tự do của guồng ở cửa vào & ra,[m2]

ρ - khối lượng riêng của khí vào guồng động , [kg /m3]

p – áp suất khí, p=ρgH ; [N/m2]Với: H – cột áp

lt v

Q Q= η m s (2.78)Trong đó: ηv – hiệu suất thể tích của máy nén ly tâm, ηv=0,97÷0,99

3 Công suất nén lý thuyết (chính là công suất nén đoạn nhiệt) của máy nén:

.lt 2 1 ,

Trong đó: i1, i2 – entanpi của khí trước và sau mỗi lần nén,[kJ/kg]

G – lưu lượng khối lượng của khí nén đi qua guồng,[kg]

llt – công nén đoạn nhiệt (công nén riêng lý thuyết), [kJ/kg]

k 1 k

Trong đó: k – số mũ đoạn nhiệt của không khí, k=1,4

R – hằng số chất khí, theo [3]: R=287 J/(kg.K)

T0 – nhiệt độ không khí tại cửa vào máy nén, [K]

Π – tỷ số tăng áp suất là tỷ số giữa áp suất không khí tại cửa

ra và cửa vào của máy nén, được xác định:

k 0

p p

Với: pk – áp suất của không khí sau máy nén,[N/m2]

p0=pa – áp suất không khí (áp suất khí trời) vào máy nén,[N/m2]

4 Công suất nén thực tế của máy nén Nt, chính là công suất nén đa biến:

[ ]

.

,

lt t

η – hệ số hiệu dụng đoạn nhiệt, ηdo n. =0 75 0 98, ÷ ,

5 Công suất trên trục của máy nén Nm:

Trong đó: ηm – hệ số hiệu dụng ma sát; nó đánh giá mức độ tổn thất năng

lượng do ma sát giữa guồng động với khí nén và ma sát ở các ổ đỡtrục.Với: ηm =0 95 0 98, ÷ , .

4 Khảo sát máy nén piston trong hệ thống phanh xe KaMaz 53212:

4.1 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật:

4.1.1 Các đặc điểm chung của kết cấu:

 Động cơ điezen cao tốc Kamaz 740

 Ly hợp hai dĩa, dẫn động thuỷ lực có trợ lực khí nén

 Hộp số có bộ phận tăng cấp vận tốc đặt ở phía trước, gọi là bộ chia, chophép tăng cấp số truyền lên đến 10 số Điều khiển hộp số từ buồng lái bằngphương pháp cơ khí, dẫn động bộ chia bằng khí nén

 Truyền động các đăng loại hở gồm hai trục Các khớp các đăng được đặttrên các ổ bi kim

 Cácte của cầu chủ động sau và cầu trung gian là những dầm dập đượchàn lại Bán trục của cầu là bán trục không chịu tải

 Trục trước tiết diện chữ I Trên ôtô có lắp cơ cấu lái, trợ lực lái thuỷ lực

 Truyền động chính của các cầu chủ động là truyền động kép,bao gồm cặpbánh răng côn răng xoắn và cặp bánh răng hình trụ răng nghiêng Cầu giữa đặt

vi sai đối xứng giữa các trục, phân phối mômen xoắn đều nhau giữa các trục.Khi cần có thể cài cứng vi sai giữa các trục

 Hệ thống treo loại cân bằng Các lá nhíp ở phần treo sau có hình dạngbán elíp hai đầu trượt tự do

 Ôtô được trang bị các loại phanh chân, tay, phanh phụ trợ Cơ cấu phanhbánh xe kiểu tang trống, có hai má phanh ở tất cả ở tất cả các bánh xe , dẫn độngphanh chân bằng khí nén, có hai đường phanh riêng giữa trục trước và trục sau.Khi đỗ, ôtô được phanh nhờ cơ cấu phanh bánh sau dưới tác dụng của lực lò xo

Cơ cấu phanh phụ trợ được đặt ở đường ống xả của giảm âm Phanh phụ trợhoạt động được nhờ tạo ra hiện tượng phản áp lực trong hệ thống xả Khi xuấthiện trường hợp phanh chân bị hỏng ta có thể dùng phanh tay để phanh xe lại

 Hệ thống điện trong ôtô có thế hiệu là 24V Các đồng hồ đo, kiểm trađược lắp ở bên trong các đèn tín hiệu, kể cả các đèn kiểm tra thông báo cho biếtcác chế độ làm việc của từng hệ thống không đảm bảo yêu cầu, cho phép ngườilái kịp thời đưa ra những biện pháp cần thiết để khắc phục hỏng hóc.

 Buồng lái có ba chỗ ngồi được đặt ở phía trên động cơ, vị trí của các cơcấu điều khiển thuận tiện, hệ thống thông gió và sưởi đạt hiệu quả tốt Buồng láinhờ lò xo có thể dễ dàng lật được ra phía trước khi cần xem xét động cơ

4.1.2 Các thông số kỹ thuật:

- Tổng trọng lượng rơmoóc cực đại kéo theo (kG)

- Trọng lượng toàn bộ ôtô (kG)

- Kích thước ôtô (mm): Dài x rộng x cao (L0xB o xH0)

- Chiều rộng cơ sở của ôtô trước, sau (mm)

- Chiều dài cơ sở của ôtô (mm)

- Chiều cao gầm xe (mm) (h)

- Mức tiêu hao nhiên liệu kiểm tra (l/100 km)

- Quãng đường phanh (m / tốc dộ bắt đầu phanh km/h)

- Kiểu động cơ, nhãn hiệu

- Đường kính xilanh (mm)

- Hành trình piston (mm)

- Dung tích làm việc xilanh (l)

6 x 410000820014000184258530x2500x36506100x2320x5002026;1850

3690 + 132080/10027(60 km/giờ)KaMaz-740;V812012010,85

- Tỷ số nén

- Thứ tự làm việc các xilanh

- Công suất cực đại của động cơ (mã lực) (ở vòng quay,V/ph)

- Mômen quay cực đại của động cơ (kGm) (ở vòng quay, V/ph)

- Hệ thống điện có thế hiệu (V)

- Ăc quy loại

210 (2600)65(1500/1800)24

128 ampe, giờ x2

20

260 -508PHơi, tang trống26

4.2 Giới thiệu chung của hệ thống phanh trên xe KaMaz 53212:

4.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống phanh :

Ôtô KaMaz 53212 được trang bị bốn hệ thống phanh độc lập :phanh chân(còn gọi là phanh chính) ,phanh dự phòng, phanh tay và phanh phụ trợ Mặc dù các

hệ thống phanh này có các chi tiết chung nhưng chúng làm việc độc lập và đảm bảohiệu quả phanh cao ở bất cứ điều kiện sử dụng nào Ngoài ra ôtô còn được trang bị

cơ cấu dẫn động nhả phanh đảm bảo cho ôtô vẫn chuyển động được khi ôtô tựphanh khi khí nén bị rò rỉ, ôtô còn được trang bị hệ thống đèn tín hiệu sự cố, cácđồng hồ kiểm tra, cho phép theo dõi được khả năng hoạt động của cơ cấu dẫn động

Hệ thống phanh chân ( phanh chính ) có công dụng để giảm bớt vận tốcchuyển động của ôtô hoặc dừng hẳn ôtô Phanh chân cho phép dừng hẳn ôtô mộtcách nhanh chóng và đáng tin cậy không phụ thuộc vào điều kiện chuyển động, vậntốc và tải trọng Cơ cấu phanh trong hệ thống phanh chân lắp trên cả sáu bánh xeôtô Dẫn động hệ thống phanh chân là loại dẫn động khí nén hai dòng

Dẫn động phanh được điều khiển bằng chân tác động vào bàn đạp đặt trongcabin của ôtô và liên kết dưới hình thức cơ khí với van phanh Các bầu phanh ởphanh bánh trước và bánh sau cũng là cơ cấu của hệ thống phanh chân

Hệ thống phanh dự phòng có công dụng: từ từ giảm vận tốc hoặc dừng hẳnôtô đang chuyển động trong trường hợp toàn bộ hoặc 1 phần hệ thống phanh chânbị hỏng.

Hệ thống phanh tay đảm bảo cho ôtô đứng yên khi ôtô đứng trên dốc hoặckhi không có người lái Hệ thống phanh tay được chế tạo liền với phanh dự phòng.Muốn kéo phanh tay phải đưa cần gạt phanh tay vào vị trí định vị ngoài cùng phíatrên

Cơ cấu phanh cụm bánh xe sau dùng chung với phanh chân, phanh dự phòng

và phanh tay, ngoài ra phanh dự phòng và phanh tay có đường dẫn động chung

Hệ thống phanh phụ trợ có công dụng giảm bớt tải và nhiệt độ của cơ cấuphanh chính Phanh khí động học trong hệ thống ống xả là hệ thống phanh phụ trợ.Khi mở để hệ thống này làm việc đường ống xả của động cơ sẽ đóng lại và nhiênliệu bị ngắt

Hệ thống nhả phanh sự cố dùng để nhả phanh của lò xo tích năng khi các lò

xo này tự động tác động do bị dò khí nén trên đường ống Ngoài đường dẫn khí néncòn có bu lông nhả phanh sự cố trong mỗi bầu phanh tích năng bằng phương pháp

cơ khí

4.2.2 Các thông số kỹ thuậ của hệ thống phanh:

bánh xe ôtô, dẫn đông bằng khí nén

02 Hệ thống phanh tay Tác động lên hệ thống phanh cầu sau

và cầu giữa , dẫn động bằng khí nén

03 Hệ thống phụ trợ

Tác động lên phần truyền động củaôtô, bằng cách tạo ra phản lực trongống xả, dẫn động bằng khí nén

cầu sau, dẫn động bằng khí nén