Nghiên cứu khả năng trang bị lại cơ cấu khởi động động cơ d243 khi thủy hóa

Dương văn song Bộ giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội *** Dương văn song Nghiên cứu khả trang bị lại cấu khí động lực khởi động động d243 thủy hóa luận văn thạc sĩ khoa học khí động lực khóa: 2009 Hà nội Năm 2011 LI NểI ĐẦU Động đốt kể từ đời đến 100 năm Ngày động đốt trở thành nguồn động lực chủ yếu nhiều lĩnh vực công nghiệp, không nước ta mà giới.Trong nhiều năm trở lại mà năm cuối kỷ 20 nhà khoa học kỹ nghệ giới nghiên cứu tìm biện pháp đẻ hồn chỉnh kết cấu thông số kỹ thuật động đốt Có thể nói đến động đốt nói chung động điêzen nói riêng đạt tối ưu hay nói đạt tới bão hoà hồn thiện kết cấu thơng số sử dụng Mặc dù hiệu suất động điêzen đạt đến 35-36%, lượng nhiệt di khí thải nước làm mát chiếm tỉ lệ lớn đáng kể tổng nhiệt sinh động 57-58% Ngày để tăng hiệu sử dụng động đốt nói chung động điêzen nói riêng thực tế, hướng làm có tính khả thi cao tận dụng nhiệt khí thải.Việc sử dụng rộng rãi động đốt so với loại động khác tuốc bin hơi, tuốc bin khí động đốt có ưu điểm bật như: -Hiệu suất cao đến 36%trong hiệu suất máy nước kiểu Piston 16%, tuabin 22-28% tuabin khí 30% -Kích thước trọng lượng nhỏ, công suất riêng lớn q trình biến đổi trạng thái mơi chất thực bên buồng cơng tác động Ngồi ra, dùng nhiên liệu có nhiệt trị cao nên thích hợp phương tiện giao thơng vận tải với điều kiện làm việc di động -Khởi động, vận hành, chăm sóc dễ dàng Trên đậc điểm động đốt nói chung so với trang bị động lực khác Là nước phát triển,Việt Nam sử dụng nhiều phương tiện giao thơng chủ yếu phương tiện giao thông Các loại động đốt sử dụng Việt Nam phổ biến đặc biệt động đốt cỡ vừa nhỏ Cùng với q trình cơng nghiệp hố , đại hoá đất -1- nước diễn mạnh mẽ, việc sử dụng loại động đốt phổ biến Việt Nam đất nước có nhiều sơng suối có hai mặt giáp biển.Trước tập trung phát triển chủ yếu giao thông đường mà chưa ý nhiều đến giao thơng đường thuỷ Bên cạnh đó, chưa có đội tàu đánh bắt cá xa bờ cỡ lớn, việc dùng tàu thuỷ lại vùng miền cịn nhiều hạn chế Do sử dụng phương tiện giao thông đường thuỷ phát triển tương lai Mặt khác, để có loại động lắp cho tàu thuỷ thường phải mua với giá đắt Một phương án khác có tính khả thi cao với giá chấp nhận nằm khả thực chúng ta, sử dụng động lắp cho phương tiện giao thông đường thành phương tiện giao thông đường thuỷ sau cải tiến số hệ thống cho phù hợp hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởi động Đây tình trước mắt lúc chưa thể chế tạo động chuyên dụng Sau nhận thấy nhu cầu thuỷ hoá động Việt Nam lớn Nên đề tài tập chung vào nghiên cứu thuỷ hoá động sở cải tiến hệ thống khởi động cho phù hợp với động tàu thuỷ, động chọn làm động thử nghiệm động điêzen D243 Đây động chế tạo nước sử dụng rộng rãi với mục đích cải tiến hệ thống khởi động nhằm nâng cao hiệu suất kinh tế động nói riêng tính kinh tế nói chung Trước địi hỏi thực tiễn, hưóng dẫn của: Thầy giáo:PGS.TS Phạm Văn Thể Cùng với giúp đỡ tận tình thầy cô giáo môn Động đốt Trường ĐHBK Hà Nội bạn đồng nghiệp giao đề tài: “Nghiên cứu khả trang bị lại cấu khởi động động D243 thuỷ hố” Nội dung bao gồm phần sau: Tổng quan phát triển ngành động đốt Vấn đề khởi động động -2- Thiết kế tính tốn hệ thống khởi động khí nén động D243 thuỷ hố sở cải tiến Do thời gian thực ngắn, tài liệu tham khảo hạn chế, vấn đề nghiên cứu mới, phức tạp nên việc thực đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế Mong Bộ môn động đốt - Đại học Bách khoa Hà Nội tiếp tục tạo điều kiện để tác giả có hội đầu tư nghiên cứu hoàn thiện thêm Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ PGS.TS Phạm Văn Thể tập thể thầy ,cô giáo Bộ môn động đốt trong- Viện khí Động Lực Trường ĐHBK Hà Nội Người thực Dương Văn Song -3- CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Hướng phát triển động đốt Như biết, động đốt đời vào năm 1860 Lenoir, nhà kỹ thuật nghiêp dư chế tạo.Vào năm 1897, động điêzen đời.Trải qua kỷ, ngành động đốt liên tục phát triển lớn mạnh Ngày nay, động đốt đóng vai trị quan trọng tất ngành công nghiệp không nước ta mà toàn giới Trong năm 90 kỷ 20 sản lượng bình quân động đốt đạt khoảng 40 triệu chiếc/năm khoảng 50 năm trở lại ngành động đốt phát triển mạnh mẽ, với nhiều chủng loại cải tiến kỹ thuật mang tính đột phá Những cải tiến chủ yếu để giải vấn đề sau: Khơng ngừng tăng cơng suất tăng tính kinh tế, đại hố cơng nghệ sản suất tự động hố q trình điều khiển động nhằm đạt tính kinh tế độ tin cậy cao, chống ô nhiễm môi trường giảm giá thành Do nhu cầu trang bị động lực cho phương tiện vận tải (như ôtô, tàu hoả, tàu thuỷ ) ngày địi hỏi hồn thiện kết cấu tính kỹ thuật cơng suất cao, tốc độ lớn, tải trọng tăng lên cần có động có cơng suất lớn Tăng cơng suất phương tiện vận tải, đồng thời tăng khả tự động hố, hồn thiện trang bị giảm giá thành vận tải tăng hiệu kinh tế sử dụng động Trong ngành vận tải đường bộ, trọng tải xe có miền phân phối rộng, từ 0,5 đến 700 công suất động tương ứng tăng từ 10 đến 1500 mã lực Trong ngành vận tải đường thuỷ lại thể hện rõ tính ưu việt động đốt Với tàu biển xa thường có tải trọng vài chục ngàn đến nửa triệu tấn, nên động tàu thủy đạt công suất 30.000 đến 40.000 mã lực Công suất xy lanh đạt vượt 4000 mã lực Các hãng tiếng động cỡ lớn Man(Đức), FIAT (ý), SULZER (Thụy Điển), MISUBISHI (Nhật) -4- Hiện nay, hãng tiếp tục nghiên cứu khả tăng công suất giảm suất tiêu thụ nhiên liệu Nhìn lại lịch sử phát triển ngành động đốt trong, ta thấy động Lenoir đạt công suất mã lực, hiệu suất 3%, đến công suất động đạt 100.000 mã lực ( Như động hãng Huynđai), hiệu suất đạt khoảng 37-38% Chúng ta thấy xu hướng phát triển việc tăng công suất, tăng tính kinh tế, giảm nhiễm mơi trường đóng vai trị quan trọng Cơng suất động phụ thuộc vào nhiều thơng số, biểu dạng công thức sau: Ne= R R Pe.Vh.i.n 3τ (1 - 1) Trong đó: P e - áp suất có ích trung bình chu trình cơng tác (MN/m2) R R P P V h - dung tích cơng tác xy lanh (dm3) R R P P i - số xy lanh n - số vòng quay trục khuỷu τ – Số kỳ động Như xu hướng tăng công suất động phải tiến hành biện pháp tăng thông số P e , V h, i, n giảm số kỳ τ R R R R Khả tăng áp suất trung bình động biện pháp liên quan trực tiếp đến việc nghiên cứu cải thiện trình cháy động cơ, cải thiện trình hình thành khí hỗn hợp dạng buồng cháy cho động diezen động xăng Đối với động diezen, loại buồng cháy ngăn cách buồng cháy thống nghiên cứu nhiều, ưu điểm loại buồng cháy phân tích tỷ mỉ Kết cấu buồng cháy động diezen đa dạng, nhiên tuân theo bốn ngun lý hình thành khí hỗn hợp khí đốt nhiên liệu sau đây: -5- - Q trình cháy khơng gian, tồn tia phun nhiên liệu khơng chạm vào mặt buồng cháy -Q trình cháy nửa không gian, phần tia nhiên liệu phun vào dòng cháy quét chạm vào mặt buồng cháy - Q trình cháy màng hay cịn gọi q trình cháy M, kỹ sư Mơie người Đức phát minh Quá trình cháy màng ngược hẳn với trình cháy khơng gian, tồn tia nhiên liệu phun lên mặt buồng cháy, tia mồi chiếm 7-8% Nhiên liệu thu nhiệt bốc cháy lớp “màng” nhiên liệu Quá trình M có ưu điểm lớn cháy êm, tỷ số ∆P/∆φ khơng q lớn q trình cháy khơng gian Quá trình cháy mồi, nguyên lý thường dùng cho loại động GAZOdiezen mà ngày thường dùng động nhiên liệu kép Ngoài vấn đề nghiên cứu khơng ngừng q trình cháy nói Một biện pháp tăng P e có hiệu tăng áp suất khí nạp vào xylanh R R cách dùng máy nén khí với kỹ thuật tăng áp Ngày nay, áp suất có ích trung bình đạt trị số cao 12-18kg/cm2 ( Trị số cao ứng với động kỳ) P P + Tăng V h : Tăng dung tích cơng tác để tăng cơng suất động thể R R rõ xu hướng tăng đường kính hành trình piston (như động tàu thuỷ) Ngày đường kính xylanh D vượt 1000mm hành trình đạt đến 2000mm Những loại động kích thước thường lớn, dài từ 20-25 m rộng từ 7-8m, cao từ 11-12m, trọng lượng động thường nặng từ 3000-4000 (như động kiểu trượt) + Tăng số xylanh i thường áp dụng rộng rãi, ngành ôtô với động công suất trung bình Khi tăng số xylanh, tính cân động tốt hơn, tính kinh tế tăng phức tạp (như động hình dùng cho máy bay tàu thuỷ cao tốc) + Tăng số vòng quay n, phương hướng tăng số vịng quay n để tăng cơng suất thường phổ biến loại động ôtô động công suất nhỏ, trung bình Khi tăng số vịng quay, cơng suất tăng nhanh, động gọn nhẹ -6- đồng thời lực quán tính tăng theo, độ hao mòn tăng nhanh, tuổi thọ động giảm, số vịng quay thường tăng đến mức độ định + Giảm số kỳ động t, giảm số kỳ động làm tăng nhanh công suất Ngày phân vùng động kỳ kỳ rõ, miền cơng suất nhỏ động cỡ lớn động kỳ chiếm ưu Hiện đại hoá cơng nghệ sản xuất tự động hố qua trình điều khiển động nhằm đạt tính kinh tế độ tin cậy cao, chống ô nhiễm môi trường Công nghệ sản xuất động đốt ngày trở thành ngành cơng nghiệp có vị trí cao kinh tế quốc dân nhiều nước giới Vì đại hố sản xuất xu hướng tất yếu, dây truyền tự động hoá tối đa, ứng dụng vật liệu mới, thành tựu điều khiển học, tin học, kỹ thuật số đem lại cho ngành động nhiều kết đáng kể Những nghiên cứu tự động khống chế thông số trình nạp, trình cung cấp nhiên liệu, trình cháy thành phần khí thải thực xác máy tính điện tử ECU (Electonic Computer control system) Trong xu hướng chống ô nhiễm môi trường, động DIEZEN lắp hệ thống tự động lọc khói, động xăng dùng cảm biến oxy(Cảm biến ) để thông báo cho ECU điều chỉnh hệ số , hệ thống luân hồi khí xả EGC, hệ thống xúc tác khử độc hại khí xả Ngày độ xác cơng nghệ chế tạo có nhiều tiến vượt bậc nên tổn thất ma sát giảm đáng kể Đồng thời việc nghiên cứu sử dụng lượng khí thải nước làm mát động nâng cao hệ số lợi dụng nhiệt tổng hợp Từ tiến thành tựu khoa học, cơng nghệ tính kinh tế động thể suất tiêu thụnhiên liệu giảm rõ rệt Nhìn chung thống kê cách khái quát động diezen sau: -Động diezen có N e > 10.000 ml R R g e = 0,150 - 0,160 KG/mlh R R -Động diezen có N e = 1000 - 10.000 ml R R g e = 0.160-0,170 KG/mlh R R -Động diezen có N e = 100 - 1000ml R R -7- g e = 0,175 - 0,190 KG/mlh R R Ngành động đốt có bề dày lịch sử phát triển hàng trăm năm với việc ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật động đốt ngày cải tiến mặt kết cấu Ngày nói kết cấu động đốt đạt hồn thiện cao khó có thay đổi lớn kết cấu chi tiết nói riêng động nói chung Nhờ ứng dụng hợp lý thành tựu tiến ngành khoa học, động đốt ngày đạt tính kỹ thuật mức hồn thiện tiêu tốc độ vịng quay, công suất, tiêu haonhiên liệu Hiện phát triển tăng áp động giải pháp mẻ trình phát triển động đốt Tuy đạt nhiều thành tựu lĩnh vực tăng áp tuốcbin- máy nén cho động cỡ lớn trung bình việc tăng áp cho động xe tải tuốcbin - máy nén đến năm 70 áp dụng Sở dĩ vì: Phạm vi động ôtô rộng nhiều, tức chế độ cơng suất, số vịng quay thay đổi phạm vi lớn thay đổi, thay đổi đột ngột Công nghệ vật liệu chưa đáp ứng yêu cầu cho việc áp dụng tăng áp tuốcbin - máy nén cho động cỡ nhỏ có cơng suất 400 mã lực Đặc biệt để tuốc bin - máy nén thích hợp cho động cỡ phải : Kích thước nhỏ, hiệu suất cao, lưu lượng khí thích hợp với chế độ vịng quay nhỏ động Qua xem xét phát triển cho động đốt thấy : Tăng áp giải pháp bắt buộc để phát triển động đốt xăng diezel đạt lợi ích sau : Nhờ khả tăng cơng suất thực tăng áp nên cho phép giảm thể tích, trọng lượng riêng động cơ, tức kw/lít kw/kg tăng Giảm giá thành cho đơn vị công suất Hiệu suất động tăng, đặc biệt tăng áp tuốc bin - máy nén nên làm giảm tiêu hao nhiên liệu -8- Lượng khí xả có hại giảm Giảm độ ồn động Một hướng khác để tăng tính sử dụng động thuỷ hố động 1.2 Tiềm năng, nhu cầu sử dụng loại động tàu thuỷ 1.2.1 Thiên thời địa lợi Biển đơng có vị trí địa lý - kinh tế địa trị quan trọng , khu vực giao thương nhộn nhịp với tuyến đường biển lớn có ý nghĩa chiến lược hầu hết nước, đặc biệt dầu mỏ vận chuyển qua Biển Đông chiếm tỉ trọng cao Trong vùng biển có hải cảng hàng đầu giới, Xin-ga-po, Hồng Công, Biển Đông từ lâu nhân tố thiếu chiến lược phát triển nước khu vực cường quốc hải khác giới Nằm bên bờ biển Đơng, Việt Nam có vùng biển rộng triệu km2 (gấp P P ba lần diện tích đát liền) với bờ biển dài 3260 km, nằm số mười nước giới có tỷ số cao chiều dài bờ biển so với diện tích lãnh thổ (khơng kể số đảo) tính bình qn 100km2 đất liền nước ta có 1km bờ biển, cao gấp P P sáu lần số trung bình giới, đồng thời bờ biển lại mở hướng Đông, Nam Tây nam, thuận lợi cho việc nẻo đường đại Dương Dọc theo bờ biển nước ta có 100 địa điểm xây dựng hải cảng, số số nơi xây dựng cảng quy mô tương đối lớn (kể cảng chung chuyển quốc tế) Hơn thế, bờ biển nước ta lại có ưu việt kỳ quan, khí hậu , cảnh sắc tỉ lệ thời gian nắng mặt trời, “mỏ vàng” khổng lồ, khai thác tài nguyên tiềm tàng, khai thác đúng, tài ngun giàu đẹp thêm (ví dụ việc biển đảo hịn tre khơ cằn hoang vắng trở thành hịn Ngọc Việt - điểm du lịch nghỉ dưỡng hàng đầu khu vực giới nằm bờ biển Nha Trang) Tài nguyên lòng biển thềm lục địa nước ta phong phú, có ý nghĩa quan trọng công việc phát triển đất nước, bật dàu khí, hải sản, ngồi cịn nhiều loại khống sản phổ biến khác tài -9- R : bán kính quay trục khuỷu M : mơmen quay trục khuỷu Mô men quay trục khuỷu đưa cơng suất ngồi , mơ men cân với tổng mô men cản động M = M cản R Áp suất cần thiết tác dụng lên đỉnh piston : Áp suất khí nén lớn bắt đầu khởi động động P kn max R Ta có : T = P kn R R max R R Fpt sin(α + β ) cos( β ) R (KG) Trong : F pt : diện tích đỉnh piston: F pt = R R R π D R = 3.14.112 = 95 cm T : lực tiếp tuyến cần thiết để làm quay trục khuỷu động (KG) P kn max : áp suất khí nén lớn R R Do khởi động khí nén nên vị trí piston gần ĐCT đầu hành trình giãn nở tương ứng với ⇒ α = 375 sin(α + β ) = 0,322 cos( β ) Tại vị trí ứng với T ≈ 1.95 α = 375 (MPa) = 19,5 ( ta có T= 73 0,0265 = 1,945 (MPa) KG ) cm Lực T tính theo (kG) T= 19,5 95 = 1852,5 (KG) Vậy áp suất khí nén lớn lúc khởi động : P kn R R max R R = T 1852,5 = = 60 sin(α + β ) 95.0.322 Ppt cos( β ) (KG/cm2) P P Khi khởi động động ,lực khí thể tác dụng lên piston cần khoảng 40% lực khí thể tác dụng lên piston làm trục khuỷu quay chế độ định mức - 57 - P kđ = 40%P kt địnhmức R R R ⇒ P kn = 40% 60 = 24 R (kG/cm2) R Lấy P = 30 P P (kG/cm2) P P 3.5 Tính tốn thiết kế van 3.5.1 Van khởi động Tính lị xo Hình 3.8.Lị xo van khởi động Để đóng kín van lị xo cần phải đảm bảo độ cứng độ bền trình làm việc Vật liệu ta chọn làm lò xo thép 65 rẻ tiền chịu bền nén tốt Với đường kính dây 1-3 Tra bảng ta có [τ ] x = 2300.0,3 = 690 N / mm ta chọn C=D/d k=1,14 Khi có áp lực khí nén đỉnh van tác dụng lên đỉnh van lực Pmax = XF = 3.10 2.3,14 = 942 N (F diện tích đỉnh van) Để cân với lực khí nén ta cần tác dụng vào cần gạt lực - 58 - 10.942=300x đo x= 9420:300=31N Trong khoảng dịch chuyển van 10mm Cánh tay đòn cần gạt 300(mm), x lực cần thiết tác dụng Muốn mở van ta cần tác dụng lực > 31N Như ta tác dụng vào cần lực 3N ta có lực tác dụng lên lị xo P y đó: R R 300.3=P y 10 nên P y =90(N) R R R R Với lực P y lực trực tiếp nén lò xo lại ta tính kích thước đường kính R R lò xo sở lực P y R R Đường kình dây lị xo là: k Py C d > 1,6 [τ ] Thay giá trị vào ta có: d > 1,6 1,14.90.10 = 2mm 690 Tính số vịng làm việc lị xo ta có: P y = 90 N; P chọn 10N, X độ biến dạng lò xo chịu nén lực 90 N R R R R 10mm Do ta có số vịng dây lị xo là: P P I= X.G.d/(8.c3).(P y -P )= 10.8.104.2/8.103.80= 5(vòng) P P R R R R P P P P Số vịng tồn lị xo là: i = i=2=5+2=7(vịng) R R Tính bước lị xo: t=d+x/i+ δ Trong d đường kính dây d=2mm, x độ nén lò xo x o =10mm : δ = Là khe hở nhỏ vòng lò xo khít lại, R R P P δ = 0,1.d = 0,2mm tính : Do ta có t= 2+10/5+0,2=4,2mm Tình chiều dài lị xo lúc chưa chịu nén : Ho = H v +i(t+d) R - 59 - R R R Trong H v chiều dài lị xo sít lại R R H v =(i o -0,5)d=(7-0,5).2 = 13mm , ta có H 13+5(42-2) = 24mm R R R R R R Lị xo có bước xoắn , nhiệt luyện đảm bảo độ bền xoắn làm việc ổn định Kiểm nghiệm bền lị xo Ta có cơng thức tính τ max = d p.D / π d [τ max ] = 20000 N / cm Thay giá trị vào ta có: τ max = 1,14.8.90.2 / 3,14.0,2 = 6,336 N / cm < [τ ] 3.5.2 Van khởi động xy lanh Tính lị xo van khởi động xy lanh - Lị xo phải đảm bảo mở van đưa khơng khí nén vào động phải đảm bảo đóng kín khơng khởi động - Vật liệu lị xo Crom Valadi đảm bảo chịu bền nén chịu nhiệt tốt Với kích thước đường kính dây : d= 143 mm Tra bảng ta có: [τ ] = 0,3.2850 = 835M / mm Để xác định thơng số lị xo ta chọn D/d -6 k= 1,24 nén cho khơng khí nén vào van với áp suất tối thiểu mà van làm việc 12kg/cm2 có lực tác dụng lên mặt vát van lực P Lực P P P xác định : P=1,2 F, F diện tích gờ vát van F=F -F R R R Trong đó: F diện tích van xác định R R F1 = R 2π = 6.6.3,14 = 113mm F diện tích thân van: F2 = R12 π = 2.3,14 = 32mm Do F=113-32=81 mm2 Vậy lực tác dụng lên đế van là: P= 1,2.81=97N Dưới tác dụng lực P làm lị xo lại mở van với tiết diện lưu thơng lớn R R P - 60 - f k = (πd ) : = 110mm k P.C 1,24.97.6 = = 1,45mm [τ ]0 855 Ta xác định đường kính lị xo: d / 1,6 ta lấy d=1,5 mm Do đường kính lò xo là: D=C.d=6.1,5=9mm X G.d Số vòng làm việc lò xo là: i = 8.C ( Pmax − Pmin ) Trong X độ nén lò xo mở van lớn chịu lực P max = 97N tác dụng, x=6mm; R R P lực căng ban đầu lò xo lắp ráp P =15mm R R R Do số vòng làm việc lò xo i = R 6.8.10 4.1,5 = (vòng) 8.63 (97 − 15) Số vịng tồn lị xo là: i =i=2= 5+2= 7(vòng) R R Chuyển vị lò xo chịu tải λ = 8.P.D i 8.97.10 3.5 = = 9,7(mm) 8.10 4.1,5 G.d Bước lò xo chưa chịu tải là: t= d+ λ i + δ = 1,5+9,7/5+0,15=3,5mm Chiều dài lò xo chịu tải : H v =(i-0,5).1,5=9,75 mm R R Chiều dài lò xo chưa chịu tải: H o = H v + i(t-d) = 9,75+5(3,5-1,5)= 19,75 R R R R Với kích thước chọn đảm bảo cho lò xo làm việc tốt 3.5.3.Van phân phối Tính gu giơng van phân phối Để kiểm tra nghiệm lại ứng suất kéo gu giơng có đảm bảo khơng ta cần kiểm tra lại tính bền Ta biết bu lơng phải chịu lực siết ban đầu P bđ áp lực khí nén P z Lực R R R R siết bu lông phải đảm bảo kín khít để khơng lọt khơng khí ngồi trạng thái lắp ghép gu giơng chịu lực siết ban đầu là: P bđ =(1,24.1,6)P z P z =30Kg/cm3 nên ta có P bđ =36kg/cm2 R R R R R R P P Như lực siết ban đầu gu giông là: P bđ /i=36/33=12kg R R - 61 - R R P Khi đưa khơng khí nén vào lúc gu giơng chịu lực tác dụng Q Q> P bđ R Giá trị Q xác định sau: Q = Pbd + P.z 1+ λ0 λ1 + λ2 Trong λ1 , λ2 hệ số đàn hồi chi tiết chịu nén λ = 8.10 N / m λ0 hệ số đàn hồi chi tiết chịu kéo với l chiều dài gu gông 68mm R R F: diện tích gu gơng F=0,52.3,14=0,8cm2 P P P λ0 = 6,8 / 0,8.3,14.10 = 16.10 −3 λ1 + λ2 = = 8.10 −7 8.10 3,14 Q = 12 + 30 + ứng suất kéo gu gơng 52(kg ) 16.10 −3 1+ 8.10 −7 δ k = Q / F = 52 / 0,5 = 104kg / cm < [δ k ] = 100041500kg / cm Trong F diện tích gu gơng tính theo đường chân ren Vậy gu giơng M10 với thép bon dùng để lắp nắp van phân phối khí đảm bảo độ bền kéo q trình làm việc Với ống dẫn khí nén từ bình nén đến van từ van đến xi lanh ta chọn với kích thước đường ống có đường kính ngồi 10mm đường kính mm thép cán đảm bảo độ bền kéo Tính độ dày nắp van kiểm tra độ bền - 62 - Vật liệu chế tạo van gang C×24-44 đúc khn thép, sau thường hố gia cơng đảm bảo kích thước vẽ Xác định chiều dày nắp van phân phối khí đúc gang theo cơng thức sau: δ = (0,0654.0,075) D Trong D đường kính nắp van chịu áp lực khí nén từ bình nén vào Giả sử áp suất phân bố nắp van ứng suất kéo là: δ z 0,5Pz D / δ (kg / cm ) δ = 0,5Pz D / δ z hay vật liệu đúc gang [δ ] = 4004600(kg / cm ) Thay vào giá trị ta có δ = 0,5.30.9 / 400 = 0,34cm = 3,4mm Trong D=90 mm=9cm (đường kính nắp van) P z =30 (kg/cm2) áp lực khí nén vào van phân phối khí R R P P Với δ = 3,4mm để đảm bảo hệ số an toàn ta chọn chiều dày chỗ mỏng nắp van 5mm Tóm lại với kích thước nắp van thiết kế đảm bảo độ bền trình làm việc 3.5.4 Van trích khí nén động Tính bulơng hãm van trích khí nén Khi ta khơng nạp khơng khí cho bình từ động ta vặn chặt vít hãm để tỳ sát vào đầu van trích khí nén khơng cho khơng khí động cuối kỳ nén không lọt ngồi Vì ta cần tính lực tác dụng lớn hành trình tác dụng lên bulơng hành trình cháy động ta có P zmax 76.6 kg/cm2, để đơn giản cho phép tính ta dùng cơng thức sau: R R P P P bd = (1,241,6)P z R R R Thay giá trị vào ta có lực siết ban đầu P bd = 1,2.76,6= 91,92 Kg R - 63 - R Khi bu lơng chịu lực áp suất khí thể Bu lơng chịu lực Q>P bd , R R với giá trị Q xác định Q = Pbd + P2 1+ λ0 λ1 + λ2 + λ Số hạng thứ hai ta lấy xấp xỉ P Q=P bd +P R R R R R Thay vào giá trị ta có: Q+ 91,92+76,6+168,52 (kg) Với bulơng chọn: M ta có F=0,5 cm2 R R P Vậy δ k = Q F = 168.52 0,5 = 337,04( Kg / cm2 ) Với áp suất cho phép với bu lông hợp kim {δ k } = 2500 − 3000( Kg / cm ) Như δk kéo bu lông ta chọn hợp lý bảo đảm cho trình làm việc van đóng van Tính lị xo van: Đảm bảo đóng mở van làm việc Để tính lực tác dụng lên lị xo van ta tính áp suất động lơn bình khí nén KG/cm2 lúc van đóng, mở Bởi vậy, việc lựa P P chọn lị xo Crơm-valađi với đường kính từ 1-3 mm nên ta có [ζ ]x = 0,3.2850 = 855 N / mm Chọn D/d=8 ta có k=1,1 Áp suất tác dụng lớn lên van 5KG/cm2 lị xo phải chịu lực tác P P dụng P max =0,5 F= 0,5.78=39N Trong F diện tích mặt để van R R F = R π = 2.3,14 = 78mm Với P max 39 N ta tính đường kính dây R R d = 1,6 k P.c [τ ] x Thay giá trị vào ta có - 64 - d = 1,6 1,1.39.8 = 1,5mm 855 Đường kính dây 4: D=cd=1,5.8=12 mm Số vòng làm việc lò xo: X G.d 8.c ( Pmax − Pmin ) i= Trong X độ nén cần thiết lò xo chịu lực P max có tiết diện lưu R thơng lớn nhất: X=5 Vậy R P =5N R R 5.8.10 4.1,5 i= = 5(vong ) 8.83 (39 − 5) Số vịng thực tế lị xo chuyển vị 8.P D i 8.39.12 3.5 λ= = = 7(mm) G.d 8.10 4.1,5 Tính bước lị xo chưa chịu tải : t = d + λ +δ i Thay giá trị vào ta có: t=1,5+7,5+0,15=3,05 (mm) Chiều dài lị xo sít lại: H v =(i -0,5)d=(7-0,5)1,5=9,75 (mm) R R R R Chiều dài lò xo chưa chịu tải: H = H v +i(t-d) R R R R HayH =10+5(3,05-1,5)=20mm R τ max R Kiểm nghiệm bền lò xo làm việc = k 8.P / D / nd ≤ [τ ] = 20.000 N / cm 480.000 N / cm ta có 8.39.1,2 = 4,114 N / cm ≤ [τ ] 3,14.0,15 Với kích thước tính tốn đảm bảo lị xo làm việc tốt đóng, mở τ max = 1,1 van với chênh lệch áp suất trình nén động với bình nén Kg/cm2 có độ mở với tiết diện lưu thơng lớn van thân van P P - 65 - 5mm Để van mở có tiết diện lưu thơng lớn ta hạn chế độ nâng van lại cách vặn vít xuống cho khoảng cách đầu đỉnh vít với đầu ê cu hãm van 345 mm mặt khác để giảm áp lực va đập hai chi tiết q trình làm việc van 3.6 Tính bền nắp máy lắp van Đặt vấn đề Đối với nắp động nói chung động D243 nói riêng, ứng suất biến dạng sinh nắp xy lanh nắp xy lanh chịu tác dụng lực sau: - Lực khí thể P z làm việc - Lực xiết bu lông lắp ghép - Trạng thái nhiệt làm việc không động sinh R R Như tính bền nắp xy lanh động cơ, ta tính điểm cho vị trí chịu lực nhiều cách cắt ngang nắp xy lanh tai tiết diện tương ứng với vị trí Nhận xét tiết diện cắt qua đường tâm xupap xả, xupap nạp tiết diện có phần diện tích thành vách nhỏ nhất, sau tiết diện qua đường tâm lỗ vòi phun Đây vị trí cần lưu tâm Vì để thấy rõ ứng suất biến dạng toàn nắp xy lanh, t tính sức bền cho tiết diện Vì nắp xy lanh chủ yếu chịu tác dụng lực xiết bu lơng P s , lực khí thể P z , R R R R theo phương thẳng đứng P s , P z hai ngoại lực tác dụng lên nắp xy lanh làm R R R R việc lắp ráp Nên tính mơ men ứng xuất biến dạng theo phương lực Xác định ngoại lực Lực khí thể P z ta coi lực tập trung đặt trọng tâm nửa R R diện tích có đường kính D z cách trục xx khoảng OA R R (mm) 2.D.z 2.110 OA = = = 23,34 3.π 3.3,141596 Trị số: - 66 - π D I P' z = Pz = 0,0293( MN ) 42 Lực xiết bu lông coi tập trung trọng tâm nửa cung trịn có đường kính D g cách trục xx khoảng OB R R OB = Trị số: Dg π = 2.76 = 48,38(mm) 3,141596 Ps (1,25 − 2,5) = Pz = 9,5825( MN / m ) 2 Phản lực tác dụng từ xy lanh lên nắp máy xiết gujông sinh đặt lên trọng tâm cung trịn có đường kính D f cách trục xx khoảng OC R OC = Df π = R 108 = 34,38(mm) 3,141596 Pf Ps =− = −7,7125( MN / m ) 2 Trị số: Mô men uốn nắp xy lanh động động làm việc xác định theo công thức sau: M = Ps.L Pf Df Pz.2.Dz ( MNm) − − 2.3.π 2.2 2π Suy ra: M = Pz  k L Df − (k − / 3)   π  .Fp  Trong đó: P s =k.P z ; k=1,5425 L=108mm= 0,108 m R R R R Do M = 2,15210-3 (MNm) P P Tính ứng suất mặt nguội theo cơng thức: σk M I ( MN / m ) J Ở mặt cắt qua đường tâm xupap nạp: - 67 - σ kn = M I ln = 9,2( MN / m ) Jn Mặt cắt qua đường tâm lỗ vòi phun: σ kp = M I lp Jp = 7,122( MN / m ) Ở mặt cắt qua đường tâm xupap thải: σ kt = M I lt = 11,7( MN / m ) Jt Tính ứng suất nén mặt nóng theo cơng thức: σn = M I ( MN / m ) Ji Ở mặt cắt qua đường tâm xupap nạp: σ nn = M I n = 6,99( MN / m ) Jn Mặt cắt qua đường tâm lỗ vòi phun: σ np = M I p Jp = 4,55( MN / m ) Ở mặt cắt qua đường tâm xupap thải: σ nt = M I 2t = 9,68( MN / m2 ) Jt Tính ứng suất nhiệt mặt nóng theo cơng thức: σt = α E.(t n − t1 ) α ∆t ( MN / m ) = 2.(1 − µ ) 2.(1 − µ ) Trong đó: E- Mơ đun đàn hồi vật liệu, gang E= (0,7541.105 MN/m2) P Ta chọn E= 1,5.105 MN/m2 P P P α- hệ số giãn nở dài vật liệu nung nóng lên 10c P α =10,4.106 gang P P - 68 - P P P P µ- Hệ số Poison=0,2540 ta chọn µ=0,35 ∆ t - Độ chênh nhiệt độ bề mặt nóng bề mặt lạnh Theo kinh nghiệm ta R R chọn ∆ t = 10004150c ta chọn ∆ t = 1150c R R P P P P R R P P Suy ra: σ t = 138 MN/m2 R R P Tính ứng suất nóng theo cơng thức: σ Σ = σ n + σ t (MN/m2) R R R R R R P P Mặt cắt qua đường tâm xupap nạp: σ Σn = 6,99+138 = 145 MN/m2 R R P Mặt cắt qua đường tâm lỗ vòi phun: σ Σp = 4,55 + 138 = 142,55 MN/m2 R R P Mặt cắt qua đường tâm xupap thải: σ Σt = 9,68 + 138 = 147,68 MN/m2 R R P Đối với gang ứng suất nhiệt cho phép [σ t ] = 150 MN/m2 R R P Ứng suất học cho phép : [σ] = 50 MN/m2 P Nhận xét: Cả ứng suất nhiệt ứng suất nén nhỏ giá trị cho phép Ứng suất kéo mặt cắt ngang qua đường tâm xupap thải lớn ứng suất qua lỗ vòi phun bé Ứng suất kéo mặt nóng lớn mặt cắt qua đường tâm xupap thải be mặt cắt qua lỗ vòi phun Ứng suất tồn phần mặt nóng lớn mặt cắt qua đường tâm xupap thải bé mặt cắt qua lỗ vòi phun Ứng suất nhiệt lớn nhiều so với ứng suất học Mặt cắt ngang qua đường tâm lỗ xupap có ứng suất biến dạng lớn Tóm lại: Ứng suất sinh nắp xy lanh chủ yếu ro ứng suất nhiệt Nắp xy lanh động D243 nhà máy DIEZEL Sông Công chế tạo đủ bền trình làm việc - 69 - KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu học tập thực nội dung luận văn tốt nghiệp, với cố gắng nỗ lực thân giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn PGS – TS Phạm Văn Thể, quan tâm thầy cô giáo Viện Cơ Khí Động Lực Bộ mơn động đốt Trường ĐHBK Hà Nội Với đề tài “ Nghiên cứu khả trang bị lại cấu khởi động động D243 thủy hóa” Đã xây dựng sở thực tiễn nhu cầu phát triển đường thủy Việt Nam, hướng phát triển ngành động đốt trong, yêu cầu đặt thủy hóa Nghiên cứu giải pháp hồn thiện động D243 thủy hóa, với mục đích mở rộng thị trường tiêu thụ động D243 phù hợp với hoàn cảnh Phân tích ảnh hưởng hệ thống khởi động động lai dùng cho động tàu thủy q trình làm việc Phân tích đặc điểm, yêu cầu, chức hệ thống khởi động khí nén dùng cho khởi động động tàu thủy Phân tích ưu nhược điểm hệ thống khởi động động D243 động lai(động xăng phụ) ngun thủy khơng cịn phù hợp điều kiện làm việc thủy hóa Đã nêu bật đặc thù điều kiện khai thác động thủy, phân tích phương án khởi động động khơng khí nén lựa chọn phương án khởi động động D243 phù hợp thủy hóa Tính tốn thiết bị cải tiến phù hợp điều kiện làm việc thủy hóa Hướng nghiên cứu tiếp đề tài: U Chế tạo thử nghiệm sở lý thuyết mà đề tài nghiên cứu để có kết luận, đồng thời có hiệu chỉnh cho phù hợp với khả công nghệ chế tạo điều kiện làm việc động - 70 - Nghiên cứu độ bền, ảnh hưởng công suất động chi tiết động sau sử dụng kết nghiên cứu đề tài Người thực Dương Văn Song - 71 - ... khí nén Khởi động động xăng phụ Khởi động tay quay Khởi động động thủy lực Động cacbuaratơ ô tô máy kéo dùng nhiều phương pháp khởi động động điện, có trang bị dự phòng khởi động tay Động diezen... tài: ? ?Nghiên cứu khả trang bị lại cấu khởi động động D243 thuỷ hoá” Nội dung bao gồm phần sau: Tổng quan phát triển ngành động đốt Vấn đề khởi động động -2- Thiết kế tính tốn hệ thống khởi động. .. - 13 - Khi động lắp ô tô máy kéo hệ thống khởi động thường dùng khởi động động nguồn điện ắc qui khởi động động động lai (động xăng phụ) Nhưng thuỷ hố động khởi động nguồn điện ắc qui động lai