Đồ án tốt nghiệp ngành cơ khí đóng tàu thiết kế cơ cấu phân phối khí cho động cơ Diesel

65 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 1 Chương I. Tính nhiệt động cơ Diesel 3 1.1. Lựa chọn công thức và chương trình tính 4 1.2. Kết quả tính 21 Chương II. Thiết kế cơ cấu phân phối khí 23 2.1. Lựa chọn hệ thống trao đổi khí 24 2.2. Tính toán sơ bộ kích thước của cơ cấu phối khí 29 2.3. Xây dựng đồ thị thời gian tiết diện 30 2.4. Xác định trị số thời gian tiết diện của các thời kì 32 Chương III. Thiết kế một số thiết bị của hệ thống phối khí 37 3.1. Yêu cầu đối với hệ thống phân phối khí 38 3.2. Xupap 38 3.3. Đế xupap 46 3.4. Ống dẫn hướng xupap 47 3.5. Lò xo xupap 49 3.6. Trục cam 56 3 CHƯƠNG I TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL 4 1.1. Lựa chọn công thức và chương trình tính Phần tính nhiệt của động cơ sử dụng chương trình tính tự động theo phần mềm QB. Tên đầy đủ là: “ Chương trình tính nhiệt độ trung bình của chu trình công tác”, thuộc đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu mô phỏng chu trình công tác của động cơ Diesel”. Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Viết Lượng. 1.1.1. Các thông số nhập vào chương trình − Nhiệt độ môi chất đầu quá trình nạp P a = 130.000 (Pa); − Nhiệt độ môi trường T 0 = 30 ( 0 K); − Áp suất môi trường P 0 = 103.000 (Pa); − Lượng cấp nhiên liệu b = 74 (kg/h); − Tỉ số nén ε = 13 − Nhiệt độ khí sót T r = 750 ( 0 K); − Áp suất khí sót P r = 128.000 (Pa); − Vòng quay của động cơ n = 1200 (v/p); − Đường kính xilanh D = 135 (mm); − Hành trình piston S = 170 (mm). 1.1.2. Các công thức sử dụng trong chương trình − Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Q H = 100[339C + 1256H – 109(O - S) – r w (9H - W)] trong đó: + C,H,O,S,W_ Hàm lượng phần trăm của các chất theo trọng lượng có trong nhiên liệu + r w _ Nhiệt ẩm hoá hơi của nước trong nhiên liệu ứng với áp suất 101,2 (kPa) r w = 2512 (kj/kg); − Tốc độ trung bình của piston 30 Sn C m = (m/s); − Hệ số khí sót 5 γ r = )( . 0 ra r r s PP P T TT − ∆+ ε trong đó: + 0 T ∆ _ Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới vào xilanh CT o )105( 0 ÷=∆ + s T_ Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới vào xilanh as TT = − Nhiệt độ khí sót n n K K P p TT 1 0 0 −         = − Nhiệt độ không khí cuối quá trình nạp. T a = r rrk TTT γ γ + +∆+ 1 0 − Diện tích bề mặt xung quanh thể tích công tác khi piston ở ĐCD 1 2 2 0 − += ε ππDSD F (m 2 ); − Diện tích xác chi tiết tiếp xúc với môi chất công tác )sin5,0cos1(5,0 2 0 ϕλϕππ +−−+= DSDSFF vx (m 2 ); trong đó: + ϕ _ Góc quay trục khuỷu (rad); − Thể tích công tác của xilanh SDV s 2 4 1 π= (m 3 ); − Thể tích buồng cháy 1 1 − = ε sc VV (m 3 ); − Thể tích công tác của xilanh ở ĐCD asa VVV + = (m 3 ); − Thể tích công tác tính theo góc quay trục khuỷu )sin5,0cos1(25,0 2 ϕλϕπ +−+= DSVV cvx (m 3 ); − Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn một kg nhiên liệu L 0 = 21,0 1 32 0 32 4 12 ( −++ SHC ) − Hiệu suất nạp không kể đến hàm lượng ẩm 6 ras sa n TP TP γε ε η −− = 1 1 1 − Hiệu suất nạp có kể đến hàm lượng ẩm d r r nnt ++ + = γ γ ηη 1 1 trong đó: d_ Hàm lượng ẩm, n B G G d = B G _ Lượng không khí khô nạp vào xilanh trong một chu trình n G _ Lượng không khí ẩm nạp vào xilanh trong một chu trình − Lượng không khí thực tế nạp vào xilanh trong một chu trình( không kể đến hàm lượng ẩm của không khí) sncB VG ρ η = (kg); − Hệ số dư lượng không khí không kể đến hàm lượng ẩm 0 Gg G ct B =α trong đó: + ct g _ Lượng nhiên liệu cấp cho động cơ trong một chu trình (kg); + 0 G_ Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu; 00 LG s µ = − Hệ số dư lượng không khí có kể đến hàm lượng ẩm d t 61,11+ = α α − Thời gian cháy trì hoãn tính theo công thức của V.X.Xêmnov ( ) 294,0 635,0 4,8217 kfkfm i TPC =τ trong đó: + kf T _ Nhiệt độ trong xialnh lúc bắt đầu phun nhiên liệu; + kf P _ Áp suất trong xialnh lúc bắt đầu phun nhiên liệu; − Hệ số truyền nhiệt từ vách qua ống lót xilanh 4 43 12,1 DCTP mkckccm =α trong đó: + kc T _ Nhiệt độ cháy; + kc P _ Áp suất cháy; 7 − Bề mặt trao đổi nhiệt với môi chất công tác       + − += ϕ ε π π S S D D F w 12 2 (m 2 ); − Phần trăm nhiệt lượng toả ra tính theo công thức Vibe                 − −= +1 908,0exp m z x ϕ γϕ − Các thông số đặc trưng cho chu trình công tác + Áp suất chỉ thị trung bình s i i V L P= (MPa); + Công suất chỉ thị 60 nzPiV N is i = (kW); + Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị iss ns i PTLR P g 0 3600 αµ η = (kg/kWh); + Hiệu suất chỉ thị Hsn iss i QP PTLR η αµ η 0 = ; + Áp suất có ích trung bình mic PPP − = ; + Hiệu suất cơ giới i c m P P =η ; + Công suất có ích của động cơ mie NN η = ; + Suất tiêu hao nhiên liệu có ích m i e g g η =; + Hiệu suất có ích của động cơ mie η η η = ; + Suất tiêu hao nhiên liệu trong một giờ eeh NgB = (kg/h). 8 1.1.3. Chương trình tính 'CHUONG TRINH TINH NHIET DO TRUNG BINH CUA CHU TRINH CONG TAC 'ON KEY(1) GOSUB vse: 'KEY(1) ON '********** GOTO e1: e: BEEP 'IF ERR = 25 THEN LOCATE 25: PRINT ep1$; : GOSUB 101: RESUME 0 'LOCATE 25: PRINT ep2$; : GOSUB 101': RESUME 1 e1: ON ERROR GOTO e: '************* WIDTH 40: COLOR 6, 7: CLS LOCATE 3, 7: PRINT " DE TAI NGHIEN CUU KHOA HOC" LOCATE 11, 10: PRINT "NGHIEN CUU MO PHONG " LOCATE 13, 4: PRINT "CHU TRINH CONG TAC DONG CO DIZEN" LOCATE 23, 14: PRINT "DHHH - 2002" LOCATE 19, 4: PRINT "Chu nhiem de tai: TS. Le Viet Luong" GOSUB 100: CLS '****** info: SCREEN 0: WIDTH 80: COLOR 10, 5, 4: CLS PRINT : PRINT LOCATE 5, 28: PRINT " Chuong trinh dung de xac dinh nhiet do trung binh vach xi lanh" PRINT " dong co trong mot chu trinh. Chuong trinh tinh duoc thuc hien bang " PRINT " phuong phap gan dung dong thoi thay doi nhiet do ban dau cua vach " PRINT " cho den khi pha vo can bang Qw va Qw1 (Qw-nhiet luong vach truyen " PRINT " cho nuoc lam mat, Qw1-nhiet luong truyen tu khi den vach xi lanh) " PRINT " Chu trinh cong tac duoc tinh bang phuong phap vi be" PRINT PRINT " De in do thi chi thi va so lieu ban dau su dung phim Print" PRINT 'PRINT " Chuong trinh duoc thuc hien tai Truong Dai hoc Duong thuy MOXCOVA" 9 LOCATE 25: PRINT " De tiep tuc an phim bat ky"; GOSUB 101 'GOTO 10 '10 SCREEN 0: WIDTH 40: COLOR 10, 5, 4: CLS 'LOCATE 8, 3: PRINT " Vao so lieu va bat dau tinh [v]" 'LOCATE 9, 3: PRINT " Thoat khoi chuong trinh -[R]"; ''GOSUB 100 'IF k$ = "V" OR k$ = "v" GOTO vvod 'IF k$ = "R " OR k$ = "r" THEN 101 'BEEP: GOTO menu1: 'menu1: 'LOCATE 24, 1: PRINT " Ra khoi chuong trinh - [Dau cach], Dua so lieu ra man hinh - [R]"; 'LOCATE 25, 1: PRINT " Thay doi so lieu - [ C ]"; 'GOSUB 101 'BEEP: GOTO menu1: '**************** vvod: SCREEN 0: WIDTH 40: COLOR 10, 5, 4: CLS LOCATE 8, 3: PRINT " Vao so lieu va bat dau tinh" LOCATE 10, 6: PRINT " So lieu ban dau:" LOCATE 11, 3: PRINT "So lieu cu hay moi ?(11-Moi; 12-Cu) " LOCATE 24, 9: PRINT " [ F1 ] - Thoat ra"; LOCATE 15, 8: INPUT " s.l."; L IF L = 11 THEN 30 IF L = 12 THEN 40 '************ 30 SCREEN 0: WIDTH 80: COLOR 10, 5, 4: CLS LOCATE 24, 24: PRINT " [ F1 ] - Thoat ra"; LOCATE 2, 24: PRINT " SO LIEU BAN DAU DE TINH: " INPUT " Ap suat dau qua trinh nen , Pa ", Pa Pa = 130000 INPUT " Nhiet do dau qua trinh nen ,K ", Ta Ta = 320 INPUT " Ty so nen ", e e = 14 INPUT " Ty so lam da ", lam 10 lam = .25 INPUT " Vong quay truc khuyu, v/ph ", N N = 1200 INPUT " Duong kinh xi lanh, m ", d d = .135 INPUT " Hanh trinh piston, m ", s s = .17 INPUT " So xi lanh ", i i = 6 INPUT " Suat tieu hao nhien lieu gio, kg/h ", b b = 73 INPUT " Goc phun som, do TK ", fps fps = 10 INPUT " Nhiet do trung binh thanh xi lanh, do ", tc tc = 380 INPUT " Nhiet do trung binh nuoc lam mat, do ", tnc tnc = 320 INPUT " Do am khong khi, % ", doamf doamf = 80 INPUT " Ham luong am, kghoinuoc/kgkkkho ", d1 d1 = .025 INPUT " He so chay ", m m = .2 CLS '********** 20 bc = b / N / 30 / 6 fp = (360 - fps)'goc bat dau chay nhien lieu so voi DCT dfi = df / 57.3 zet1 = zet fkon = 500 'SCREEN 8: WINDOW: VIEW (50, 30)-(590, 170), , 3 'SCREEN 8: WINDOW: VIEW (50, 40)-(350, 160), , 3: CLS 'LOCATE 5, 1: PRINT "p, kPa": LOCATE 8, 3: PRINT "800": LOCATE 22, 5: PRINT "0" 'LOCATE 5, 75: PRINT "Tg, K": LOCATE 8, 76: PRINT "2000": LOCATE 22, 76: PRINT "0" 11 'LOCATE 23, 6: PRINT "180": LOCATE 23, 40: PRINT "360": LOCATE 23, 74: PRINT "540" LOCATE 1, 1: PRINT " " 845 w = pi * N / 30 dd = pi * d ^ 2 / 4 vh = s * dd va = vh / (e - 1) + vh fo = 4 * va / (e * d) + pi * d ^ 2 / 2'dien tich xung quanh buong chay Cc = .87: Hh = .122: Oo = .004: Ss = .001: Ww = .003 CM = s * N / 30'toc do trung binh piston kxp = 15 Cw = 1.57 * CM * kxp' toc do lon nhat piston rw = 2512 qn = (100 * (339 * Cc + 1256 * Hh - 109 * (Oo - Ss)) - rw * (9 * Hh - Ww)) * 1000 nck = 1.5: pik = 1.87 : T0 = 300: P0 = 103000 Tk = T0 * pik ^ ((nck - 1) / nck)'nhiet do khong khi sau lam mat dTlm = 140 'do giam nhiet do sau khi lam mat dPlm = 6000' do giam ap suat sau lam mat pk = P0 * pik Rkk = .287' J/kg Ts = Tk - dTlm: ps = pk - dPlm: ros = ps * 1000 / (Rkk * Ts * 1000000) hstd = .6 'pa = ps - (Cw ^ 2 * 100000) / (576 * hstd * Ts): 'pas = pa / ps Pa = 130000 Tr = 750: Pr = 128000 gamar = (Ts + 5) * Pr / (Tr * (e * Pa - Pr))' he so khi sot Ta = (Ts + 5 + gamar * Tr) / (1 + gamar) roa = Pa / (Rkk * Ta * 1000000)'kg/m^3 etan = e * roa / ((e - 1) * ros * (1 + gamar))'he so nap L0 = 28.97 * (Cc / 12 + Hh / 4 - Oo / 32) / .21 [...]... động cơ: nạp khí vào xilanh và đẩy khí đã làm việc ra khỏi xilanh − Các kiểu cơ cấu phân phối khí trong động cơ Diesel hiện nay thường được sử dụng: + Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap + Cơ cấu phân phối khí kiểu van trượt + Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap và van trượt − Cơ cấu phân phối khí kiểu van trượt có ưu điểm như: đảm bảo tiết diện lưu thông, dễ dàng làm mát cơ cấu phối khí, độ ồn nhỏ nhưng kết cấu. .. trong động cơ hai kì Đối với động cơ hai kì nạp thải qua cửa hoặc nạp qua cửa và − Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap và van trượt: thưòng sử dụng cho động cơ hai kì nạp qua cửa và thải bằng xupap, khi đó piston làm nhiệm vụ van trượt − Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap: Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap được sử dụng rộng rãi hơn vì cơ cấu này đơn giản, đảm bảo tính an toàn, tin cậy trong quá trình làm việc Cơ. .. động cơ = 264,86 Ne (kW); − Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge = 0,2756 (kg/kWh); − Hiệu suất có ích của động cơ = 0,3108 ηe − Suất tiêu hao nhiên liệu trong một giờ Bh = 72,995 (kg/h) 23 CHƯƠNG II THIẾT KẾ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ 24 2.1 Lựa chọn hệ thống trao đổi khí 2.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống phân phối khí − Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí trong xilanh động. .. Cơ cấu này gồm có: Trục phân phối khí, hệ thống truyền động cho nó, con đội, thanh đẩy, đòn gánh, các xupap nạp, xả và đế xupap − Cơ cấu phân phối khí phải đảm bảo các yêu cầu : + Có cường độ chịu lực tốt + Đóng mở đúng thời gian quy định + Độ mở lớn và tại chỗ thay đổi tiết diện phải có góc lượn lớn để giảm sức cản cho dòng khí và để dòng khí dễ lưu động + Kết cấu xupap phải đảm bảo thoát nhiệt tốt. .. điểm gì đặc biệt và cấu tạo cũng không đơn giản nên ít dùng 2c Loại bốn xupap Dùng trong động cơ cao tốc, công suất lớn trong đó có hai xupap nạp và hai xupap xả Hình 2.3 Bố trí bốn xupap trên nắp xilanh 27 3- Phương án dẫn động xupap Có hai loại dẫn động cho xupap: dẫn động cơ giới cho xupap và dẫn động thuỷ lực cho xupap − Dẫn động cơ giới (hình 2.4): Hình 2.4 Cơ cấu dẫn động cơ giới cho xupap 1- Trục... 5- Xupap − Nguyên lí hoạt động : Dẫn động cơ giới cho xupap bằng cơ cấu con đội, đũa đẩy, đòn bẩy( cò mổ) Đây là các cơ cấu động Cụ thể là cơ cấu này nhận chuyển động quay của trục cam dưới tác động của mặt cam lên con đội và đũa đẩy, làm con đội và đũa đẩy sẽ chuyển động lên xuống Đầu còn lại của đũa đẩy được liên kết động với một đầu của đòn bẩy Đòn bẩy được cấu tạo sao cho có thể quay quanh một... quá trình hoạt động 28 − Dẫn động thuỷ lực cho xupap (hình 2.5) : Hình 2.5 Cơ cấu dẫn động thuỷ lực cho Xupap 1- Trục cam ; 2- Con đội ; 3- Lò xo ; 4- Ống dẫn − Ưu điểm : Để tránh va đập giữa đầu đòn gánh và xupap, cơ cấu dẫn động cho xupap thải của động cơ bốn kì được chế tạo thêm bộ giảm chấn thuỷ lực, tự động điều chỉnh khe hở nhiệt của xupap Phương pháp này có độ tin cậy cao và cấu tạo đơn giản... độ tin cậy cao và cấu tạo đơn giản Việc giảm khối lượng các phần động sẽ hạn chế được lực quán tính của cơ cấu dẫn động cho xupap và giảm được độ mài mòn các bề mặt làm việc của xupap gây ra do tác động của các xung lực − Nguyên lí hoạt động: Cơ cấu này được sử dụng cho các động cơ Diesel hiện đại bao gồm: Con đội thuỷ lực (2) được dẫn động từ trục cam (1) Khi con đội thuỷ lực (2) đi lên, dầu sẽ bị... xupap để tránh làm cong đuôi xupap + Ít mòn và độ ồn bé + Dễ chế tao, dễ điều chỉnh, dễ sửa chữa và giá thành rẻ 2.1.2 Lựa chọn hệ thống trao đổi khí Chọn hệ thống trao đổi khí kiểu xupap 1- Phân loại hệ thống trao đổi khí kiểu xupap Với động cơ đốt trong kiểu piston trao đổi khí bằng xupap có hai phương án bố trí xupap là: xupap đặt và xupap treo − Phương án bố trí xupap đặt chỉ dùng cho động cơ có tỉ... mở ra, đồng thời lò xo cũng bị nén Do đó tồn tại một lực đàn hồi có xu hướng đẩy lò xo đi lên Khi cam ở vị trí thấp sẽ làm cho con đội đi xuống, áp lực dầu giảm Lực lò xo thắng áp lực dầu và đẩy xupap đi lên đóng kín cửa thải Kết luận: − Chọn phương án dẫn động cho xupap Từ những phân tích ở trên và từ điều kiện áp dụng thực tế, nên ta dùng phương án dẫn động cơ giới cho xupap 29 2.2 Tính toán sơ bộ