TÍNH NHIỆT, ĐỘNG học, ĐỘNG lực học

Phần I Tính nhiệt, động học, động lực học động 3TN66 Chơng Hớng phát triển, thực trạng nhu cầu sử dụng động đốt nớc ta 1.1 Quá trình phát triển động đốt 1.1.1 Những thành tựu Cùng với phát triển xã hội nhu cầu sống ngời, động đốt chuyển từ chạy nớc (James Woat-1789) vào khoảng kỷ XVIII sang động đốt sử dụng nhiên liệu Cacbua Hydro cách mạng khoa học kỹ thuật nhân loại Trong trình hình thành phát triển, động đốt trải qua nhiều giai đoạn lịch sử thay đổi hình dáng kỹ thuật, có giai đoạn tởng nh không tồn đợc loại động Cho đến thời điểm cha có thay đợc Vào năm 1879, Rudorf Diesel, kỹ s ngời Đức chế tạo thành công động đốt tự cháy nén nhiên liệu áp suất cao Đợc gọi động DIESEL, động DIESEL - tên nhà phát minh loại động Sự đời động DIESEL có hiệu suất cao động xăng, giá thành nhiên liệu hạ nên đợc sử dụng rộng rãi Nó thay cho phơng tiện thủ công công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, Trên ph ơng tiện giao thông đờng bộ, đờng thuỷ, đờng sắt, gày hầu hết sử dụng động đốt Động đốt ngày hoàn thiện tính để ngày phù hợp với nhu cầu sử dụng ngời Nó phơng tiện hữu hiệu loài ngời Tuy nhiên thử thách lớn đợc đặt động đốt nguồn nhiên liệu dần bị cạn kiệt, câu hỏi đặt loại nhiên liệu thaythế loại nhiên liệu đợc sử dụng Tiếp đến phải kể đến vấn đề ô nhiễm môi tròng khí thải động đốt Đây vấn đề đợc toàn thể nớc giới quan tâm, nghiên cứu tìm giải pháp hạn chế vấn đề Việt Nam động đốt cha đợc sản xuất hàng loạt, cha đủ cạnh tranh với nớc khu vực giới chất lợng mức độ hoàn chỉnh Tuy nhiên, để phù hợp với điều kiện địa lý kinh tế cần nhiều máy móc phục vụ cho nông nghiệp, với thông minh khéo léo vốn có dân tộc Việt Nam, cải tiến cho đời nhiều chủng loại máy phục vụ cho nông nghiệp, công nghiệp Những máy móc góp phần giải phóng sức lao động cho ngời nông dân Việt Nam, giúp tăng suất lao động Để ngày có nhiều máy móc ứng dụng sản xuất phù hợp điều kiện Việt Nam, cần sáng kiến cải tiến để góp phần vào phát triển đất nớc 1.1.2 Xu hớng phát triển động đốt theo tiêu trí sau - Để giảm thiểu ô nhiễm môi trờng, vấn đề nhức nhối tất nớc giới, nớc phát triển, phần gây ảnh hởng trực tiếp đến ngời khí thải động đốt - Do nhu cầu tất yếu ngời ngày cao, để đáp ứng nhu cầu ngời tiêu dùng động ngày phải tối u nh tốc độ cao hơn, tính tự động cao, đảm bảo đợc độ bền, tiết kiệm nhiên liệu, an toàn cao hơn, đại hơn.v.v - Mở rộng khả đa nhiên liệu - Khả thích ứng tốt quốc gia khác nh địa hình, thời tiết nh nhu cầu ngời quốc gia khác - Giảm trọng lợng kích thớc thiết bị nhng đảm bảo chắn với độ an toàn, tin cậy cao - Động không dùng nhiên liệu dầu mỏ, khí đốt mà đợc thay loại nhiên liệu khác Bớc sang kỉ mới, kỉ XXI, động đốt hứa hẹn bớc phát triển vợt bậc Những công bố nhà khoa học loại động đốt chạy nhiên liệu cacbuahidrô nh H2, dầu thực vật, lợng mặt trời, cồn.v.vsẽ khắc phục đợc vấn đề cạn kiệt nhiên liệu nạn ô nhiễm môi trờng, hai vấn đề đợc xem yếu tố định tồn động đốt 1.2 Tình hình phát triển động nớc ta nhu cầu sử dụng nớc ta tồn thực tế mâu thuẫn nhu cầu sử dụng việc sản xuất loại động nhà máy nớc Là đất nớc nông nghiệp nên nhu cầu sử dụng loại động để phục vụ cho ngời nông dân lớn, thời kỳ đổi đất nớc với sách đẩy mạnh phát triển nông nghiệp nhu cầu việc thay lao động thủ công máy móc đòi hỏi cấp thiết Nhu cầu lại nhân dân, thị trờng lớn vấn đề tiêu thụ xe, ngời tiêu dùng đòi hỏi kỹ thuật ngày cao, chất lợng, giá thành, tiêu khác; Điều dúng phát triển ng nghiệp, thuỷ hải sản Trên thực tế, đất nớc ta cha thể đáp ứng nhu cầu ngời tiêu dùng mà hầu hết nhập hay liên doanh với hãng nớc ngoài, sản xuất tự sản xuất dang hớng phát triển dất nớc ta 1.1.3 Giới thiệu qua động 3TN66 Động 3TN66 động máy cắt cỏ đợc sử dụng sân bay Động 3TN66 động có công suất 14 mã lực Với động có thông số nh : - Đờng kính pistông = 64 mm, - Hành trình pistông = 68 mm, - Số vòng quay n = 2600 vòng/phút, - Suất tiêu hao nhiên liệu 180(g/ml.h) Chơng Tính toán nhiệt động Các thông số kỹ thuật Kiểu động Số kỳ Số xy lanh Hành trình piston Đờng kính xy lanh Góc mở sớm xuppap nạp Góc đóng muộn xuppap nạp Góc mở sớm xuppap thải Góc đóng muộn xuppap thải Góc phun sớm Chiều dài truyền Công suất động Số vòng quay Suất tiêu hao nhiên liệu Tỉ số nén Trọng lợng truyền Trọng lợng nhóm piston Diesel, không tăng áp = kỳ i =3 S = 68 mm D = 64 mm =15o = 35o = 35o = 15o s = 18o Ltt = 136 mm Ne = 14 mã lực n = 2600 vg/ph ge = 180 g/ml.h = 18 mtt = 0,45 kg Mpt = 0,50 kg Tốc độ trợt trung bình piston: Cm = S n 68.103.2600 = =5,893 (m/s) 30 30 Động thuộc loại có tốc độ thấp 2.1 Các thông số chọn Các thông số đợc chọn theo điều kiện môi trờng, đặc điểm kết cấu động cơ, chủng loại động 2.1.1 áp suất môi trờng pk áp suất môi trờng pk áp suất khí trớc nạp vào động pk thay đổi theo độ cao, nớc ta chọn: pk =0,1 (MPa) 2.1.2 Nhiệt độ môi trờng Tk Lựa chọn nhiệt độ môi trờng theo nhiệt độ bình quân năm Nớc ta chọn: Tk = 273 + 24oC = 297 oK 2.1.3 áp suất cuối trình nạp pa áp suất pa phụ thuộc vào nhiều thông số nh chủng loại động cơ, tính tốc độ, đờng nạp, tiết diện lu thông Đối với động không tăng áp: pa = (0,8ữ0,9).pk Chọn pa =0,9 pk = 0,9.0,1 = 0,09 (MPa) 2.1.4 áp suất khí thải Pr Có thể chọn pr nằm phạm vi: pr = (1,10 ữ 1,15).pk Ta chọn: pr = 1,15.pk = 1,15.0,1 = 0,115 (MPa) 2.1.5 Nhiệt độ khí thải Tr Đối với động DIESEL : Tr = (700 ữ 1000) oK Ta chọn : Tr = 750 oK Chỉ số giãn nở đa biến trung bình khí sót m = 1,5 2.1.6 Hệ số nạp thêm Phụ thuộc chủ yếu vào pha phân phối khí, thờng ta chọn khoảng: = 1,02 ữ 1,07 Ta chọn:1 = 1,03 2.1.7 Hệ số hiệu đính đồ thị công t Tỷ nhiệt môi chất công tác thay đổi phức tạp nên ta thờng phải vào hệ số d lợng không khí để hiệu đính Thông thờng động DIESEl có = 1,2 ữ 1,8 ta chọn t = 1,1 2.1.8 Hệ số quét buồng cháy Đối với động không tăng áp : = 2.1.9 Mức độ sấy nóng môi chất T Chủ yếu phụ thuộc vào trình hình thành khí hỗn hợp bên hay bên xilanh Đối với động DIESEL : T = 20o ữ 40o Đối với động ta chọn : T = 25o 2.1.10 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z: z Thể lợng nhiệt phát nhiên liệu dùng để sinh công tăng nội điểm z với lợng nhiệt phát đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu Do z phụ thuộc vào chu trình công tác động Đối với động DIESEl z = 0,65 ữ0,85 Ta chọn : z = 0, 75 2.1.11 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b: b Môi chất nhận đợc nhiệt nên b lớn z Thông thờng động DIESEL b = 0,80 ữ0,90 , Ta chọn : b = 0,82 2.1.12 Hệ số hiệu đính đồ thị công d Thể sai lệch tính toán lý thuyết chu trình công tác động với chu trình công tác thực tế không xét đến pha phối khí, tổn thất lu động dòng khí, thời gian cháy tốc độ tăng áp suấtSự sai lệch chu trình thực tế chu trình tính toán lý thuyết động DIESEL nhiều d động Xăng hệ số động DIESEL thợng chọn trị số nhỏ, thờng ta chọn khoảng : d = 0,92 ữ0,97 Ta chọn: d = 0,92 2.2 Tính toán chu trình công tác động xylanh 2.2.1 Tính toán trình nạp 2.2.1.1 Hệ số khí sót r = ( Tk + T ) p r p Tr p a t r pa m Trong đó: số giãn nở đa biến trung bình khí sót : m = 1,5 r = 1.(297 + 25).0,115 0.115 1,5 = 0,0318 750.0.09 18.1,03 1,1.1 ữ 0.09 2.2.1.2 Nhiệt độ cuối trình nạp p To + T + t r Tr a pr Ta = 1+ r m m 1,51 0.09 1,5 297 + 25 + 1,1.0,0318.750 ữ 0.115 Ta = = 335,5(o K ) + 0,0318 Phù hợp với động không tăng áp: Ta = 310 ữ 350 oK 2.2.1.3 Hệ số nạp pr m Tok pa v = ( 1)( To + T ) po t p a 0,115 1,5 297 0,09 v = 18.1,03 1,1.1. ữ = 0,8421 (18 1).(297 + 25) 0.10 0,09 2.2.1.3 Lợng khí nạp 432.10 p k v M = g e p e Tk Trong đó: V = h D 2.S 3,14.642.68 = = 0,219dm3 4 Ne = 14.0,7355 = 10,297 (kW) ge = 180 = 244,731 (g/kW.h) 0, 7355 pe = 30.N e 30.10, 297.4 = = 0, 7242( MN ) m Vh n.i 0, 291.2600.3 432.103.0,1.0,8421 M = = 0,6911(kmol kg.nl ) 244,731.0,7242.297 2.2.1.5 Lợng không khí cần thiết để đốt cháy kg nhiên liệu Mo = C H O kmol + kg nl 0,21 12 32 Nhiên liệu động Diesel: C = 0,87 ; H = 0,126 ; O = 0,004 Mo = 0,87 0,126 0,004 + = 0,4946 kmol kg.nl 0,21 12 32 2.2.1.6 Hệ số d lợng không khí = M 0.6911 = = 1,3973 M 0, 4946 Phù hợp với động DIESEL buồng cháy thống 2.2.2 Tính toán trình nén 2.2.2.1 Tính tỷ nhiệt a Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình không khí _ mCv = 19,806 + 0,00209.T (kj/kmol.độ) b Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản vật cháy mc v '' = 19,876 + 1,634 187,36 + 427,86 + .10 T = 19,876 + 1,634 187,36 + 427,86 + .10 T 1,3973 1,3973 = 21,0364 + 0,00281.T c Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp mc + r mcv mcv = v 1+ r '' ' = (19,806 + 0,00209.T ) + 0,0318.(21,0364 + 0,0028.T ) + 0,0318 Thay số ta có: ' mcv = 19,844 + 0,00211.T (kj/kmol.độ) 2.2.2.2 Chỉ số nén đa biến trung bình n1 = 8, 314 a'v + ' ( bv Ta n1 + ) Thay giá trị biết thử chọn với n1 = 1,3678, ta đợc : 1,3678 = 8,314 19,844 + 0,00211.335,5 181,36781 + ( ) 0,3678 = 0,3678 với sai số nh n1 chấp nhận đợc Vậy n1= 1,3678 2.2.2.3 áp suất cuối trình nén pc = pa n1 = 0,09.181,3678 = 4,6903 (MPa) 2.2.2.4 Nhiệt độ cuối trình nén Tc = Ta.n1-1 = 335,5.180,3678= 971,4 (0K ) 10 mch = .lch.(/4).(dch2 - ch2) = 7800.0,025.(3,14/4).(0,0382 - 0,022) = 0,5(kg) :khối lợng riêng vật liệu làm trục khuỷu Lực quán tính ly tâm chốt khuỷu: C1 = mch.R.2 = 0,5.0,03.2722 = 1109(N) = 1109.10-6(MN) Lực quán tính ly tâm khối lợng m2: C2 = m2.R.2 = 0,4.0,03.2722 = 888(N) = 888.10-6(MN) Các lực tác dụng: Tmax = 2,07.FP = 2,07.0,003215 = 0,006655(MN) Z = 169,5. P.FP = 169,5.0,02936.0,003215 = 0,016(MN) Z0 = Z-(C1 + C2) = 0,016 - (0,0011+0,0008) = 0,0141(MN) Tính Z,Z ta giải hệ sau: Z'+2.Pr1 + Z" Pr Z = Z l'+ Pr (l' c) 2.Pr1 l' Z " = l0 Z"= 0,0141.0,0445 + 3995.10 (0,0445 0,02) 2.235.10 6.0,0445 = 0,0202( MN ) 0,089 Z = Z0 + Pr2 - 2.Pr1 - Z = 0,0141 + 3995.10-6 - 2.235.10-6 - 0,0202 = 0,0218(MN) Tính T,T : T = T = Tmax l ' 0,006655.0,0445 = = 0,0333( MN ) l0 0,089 3.2.1.Tính nghiệm bền chốt khuỷu ứng suât uốn mặt phẳng trục khuỷu: 4 d ch ch 3,14 0,038 0,02 = 0,49.10 (m ) Wu = = 32 d ch 0,038 32 x u = x = Mu Z '.l '+ Pr1 a Pr c = Wu Wu 0,012.0,0445 + 235.10 6.0,038 3995.10 6.0,02 = 27,1( MN / m ) 0,49.10 21 ứng suât uốn mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng trục khuỷu: y u M T '.l ' 0,0333.0,0445 = u = = = 15,5( MN / m ) Wu Wu 0,49.10 y ứng suất tổng: u = (u x )2 + (u y )2 = 27,12 + 15,52 = 31,2(MN / m ) ứng suất xoắn: Môđun chống xoắn: 4 d ch ch 3,14 0,038 0,02 )= ( ) = 9,42.10 (m ) Wk= ( 16 d ch 16 0,038 M " T R 0,024.0,03 k = 18( MN / m ) x = W = W = 9,42.10 k k ứng suất tổng chịu uốn, xoắn : = u + 4. x = 31,2 + 4.182 = 47,6(MN / m ) [...]... Tính nghiệm bền piston Do quá trình chuyển động của nhóm piston chịu lực khí thể do nhiên liệu cháy và lực quán tính do khối lợng chuyển động gây ra, do đó để tính toán kiểm nghiệm bền cho nhóm piston ta tính trong 2 trờng hợp chịu lực khí thể p zmax và chịu lực quán tính pjmax Ta có: pzmax = 7,5 (MN/m2) 4.1 Tính nghiệm bền đỉnh piston Ta có: = 8mm < 0,2.D = 12,8mm , do đó trong trờng hợp này ta tính. .. 0,089(m) Ta tính bền cho hai trờng hợp chịu lực :Pzmax và Tmax 3.1 Trờng hợp chịu lực Pzmax Trờng hợp này lúc động cơ khởi động, khi đó: T = 0, n = 0, Pr = 0, Pj = 0 Z = Pzmax= pzmax FP =7,5.0,003215 = 0,024(MN) Trong đó: Diện tích đỉnh piston FP = D 2 3,14.0,064 2 = = 0,003215(m 2 ) 4 4 pzmax áp suất tại đểm z Khi đó ta có : Z = Z = Z.(l/l0) = 0,024.(0,0445/0,089) = 0,012(MN) 3.1.1 .Tính nghiệm bền... có :tốc độ góc: = 272(rad/s) Lực quán tính ly tâm của má khuỷu: Pr1 = mmk.rmk. 2 = 0,106.0,03.2722=235(N) = 235.10-6 (MN) Lực quán tính ly tâm của đối trọng: Pr2 = mđt.rđt.2 = 1,2.0,045.2722 = 3995(N) = 3995.10-6 (MN) Khối lợng chốt khuỷu: 20 mch = .lch.(/4).(dch2 - ch2) = 7800.0,025.(3,14/4).(0,0382 - 0,022) = 0,5(kg) :khối lợng riêng của vật liệu làm trục khuỷu Lực quán tính ly tâm của chốt khuỷu:... nhiệt độ khí thải Tr (tính) = Tb p r pb m 1 m = 1164,5 0,115 0,3251 13 1, 5 1 1, 5 = 823,64 0K Kiểm tra : Tr = Tr Tr ( chọn ) Tr 100 % = 750 823,64 750 100 % = 8,94% Tr thỏa mãn khoảng giá trị cho phép 15% Vậy Tr chọn nh ở trên là đúng 14 15 PHầN II TíNH BềN MộT Số CHI TIÊT CủA Động cơ 3tn66 16 Chơng 3: tính bền trục khuỷu Bảng 3-1 Số liệu tính bền trục khuỷu Số LIệU TíNH BềN TRụC KHUỷU... phép đối với piston nhôm: [n] = 25 MN/m2 Vậy n < [n] 4.3 Tính nghiệm bền thân piston 4.3.1 áp suất tiếp xúc trên thân k th = N max lth D Trong đó: D - Đờng kính xylanh, D = 64 mm = 0,064 m lth- Chiều dài thân piston, lth = 100 mm = 0,1 m Nmax- Lực ngang lớn nhất, lấy theo số liệu kinh nghiệm, Nmax= 0,005.p20 p20- Hợp lực của lực khí thể và lực quán tính ở 200 sau ĐCT của quá trình cháy và giãn nở p20 =... kb > [kb].Nên cần chọn vật liêu khác thay thế để có [kb] lớn hơn 4.4 Tính kiểm nghiệm bền chốt piston Chốt piston làm việc ở trạng thái chịu uốn, chịu cắt, chịu va đập và biến dạng Vì vậy phải tính bền của chốt piston ở trạng thái chịu lực, sơ đồ chịu lực nh hình vẽ: l1 l1 ld lcp Hình 4-3 Sơ đồ tính nghiệm bền chốt píttông 4.4.1 Tính nghiệm bền ứng suất uốn chốt piston Ta coi chốt piston nh một dầm... do đó ta chỉ cần tính ứng suất ở ngàm cố định, = x2 + y2 = 19,75 2 + 5,5 2 = 20,5MN / m 2 Vậy = 20,5MN / m 2 < [ ] = 60MN / m 2 4.2 Tính nghiệm đầu piston Ta có tiết diện nguy hiểm nhất là tiết diện I-I, cắt qua rãnh xécmăng dầu cuối cùng trên đầu piston Tiết diện này chịu kéo bởi lực quán tính âm lớn nhất do khối lợng mI-I của phần đầu piston sinh ra Ngoài ra còn chịu nén do lực khí thể pzmax... tâm quay Khoảng cách c và c Trục khuỷu là một dầm siêu tĩnh,chịu lực phức tạp Để đơn giản phép tính, ngời ta phân đoạn trục khuỷu thành dầm tĩnh định ứng với một khuỷu.Sơ đồ tính mghiệm bền trục khuỷu nh hình: 17 P r1 C1 a a R Z' P r1 C2 b' Z" Z b" c l' Pr2 l" l0 P r1 C1 Z" T" C2 P r1 T Z h x Z' y b x y P r2 T' M k" M k' Hình 3-1 Sơ đồ tính bền trục khuỷu Các khoảng kích thớc: b = 20 (mm) = 0,020 (m)... của chốt khuỷu: C1 = mch.R.2 = 0,5.0,03.2722 = 1109(N) = 1109.10-6(MN) Lực quán tính ly tâm của khối lợng m2: C2 = m2.R.2 = 0,4.0,03.2722 = 888(N) = 888.10-6(MN) Các lực tác dụng: Tmax = 2,07.FP = 2,07.0,003215 = 0,006655(MN) Z = 169,5. P.FP = 169,5.0,02936.0,003215 = 0,016(MN) Z0 = Z-(C1 + C2) = 0,016 - (0,0011+0,0008) = 0,0141(MN) Tính Z,Z ta giải hệ sau: Z'+2.Pr1 + Z" Pr 2 Z 0 = 0 Z 0 l'+ Pr 2... suất tổng khi chịu uốn, xoắn : = u 2 + 4. x 2 = 31,2 2 + 4.182 = 47,6(MN / m 2 )