Đồ án môn học Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong - SVTH. Đinh Ngọc Tú

Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động đốt LỜI NÓI ĐẦU Những năm gần đầy, kinh tế Việt Nam phát triển mạnh Bên cạnh kỹ thuật nước ta bước tiến Trong phải nói đến ngành động lực sản xuất ôtô liên doanh với nhiều hãng ôtô tiếng giới, sản xuất lắp ráp ôtô Để gáp phần nâng cao trình độ kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật ta phải tự nghiên cứu chế tạo u cầu cấp thiết Có ngành ơtơ ta phát triển Đây lần em vận dụng lý thuyết học, tự tính tốn động học, động lực học tính tốn thiết kế hệ thống làm mát động theo thông số kỹ thuật Trong q trình tính tốn em giúp đỡ hướng dẩn tận tình thầy Nguyễn Quang Trung thầy mơn động lực, lần đầu làm đồ án mơn học nên gặp nhiều khó khăn khơng tránh khỏi sai sót, em mong xem xét giúp đỡ bảo thầy để thân ngày hoàn thiện kiến thức kỹ thuật Sinh viên thưc Đinh Ngọc Tú VẼ ĐỒ THỊ SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt 1.1 VẼ ĐỒ THỊ CÔNG 1.1.1 Các số liệu chọn trước q trình tính tốn Pk =0,1013 (MN/m2) – Áp suất khí nạp pr= 0,115 (MN/m2) - Áp suất khí sót pa= 0,089 (MN/m2) - Áp suất cuối q trình nạp n1=1,34 - Chỉ số nén đa biến trung bình n2=1,23 - Chỉ số giãn nở đa biến trung bình ρ=1,00 - Tỉ số giản nở sớm 1.1.2 Xây dựng đường cong nén p.Vn1 = cosnt Phương trình đường nén: V = p c  c  Vnx Rút ta có: p nx Đặt : i =    => pc.Vcn1 = pnx.Vnxn1 n1 , Vnx Ta có: pnx = pc n1 Vc i Trong đó: pnx Vnx áp suất thể tích điểm đường nén i tỉ số nén tức thời pc = p a.ε n1 = 0,089.91,34 = 1,693 (MN/m2) 1.1.3 Xây dựng đường cong giãn nở Phương trình đường giãn nở: p.Vn2 = cosnt Rút ta có: p gnx  V = p z  z V  gnx n2     Với : V z = VC (vì ρ = 1) đặt : i = Ta có: p nx = p z => pz.Vcn2 = pgnx.Vgnxn2 V gnx Vc i n2 Trong pgnx Vgnx áp suất thể tích điểm đường giãn nở 1.1.4 Tính Va, Vh, Vc Va = Vc +Vh π D π ( 0,0973) Vh = S = 0,087 = 6,466.10 −4 ( m ) = 0,6466( dm ) 4 VC = ( ) Vh 0,6466 = = 0,0809 dm ε −1 −1 SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt ( ) Va = VC + Vh = ε Vc = 9.0,0809 = 0,7278 dm ( ) V z = Vc = 0,0809 dm Cho i tăng từ đến ε ta lập bảng xác định tọa độ điểm đường nén đường giãn nở 1.1.5 Bảng xác định tọa độ điểm trung gian i Vc 2V c 3V c 4V c 5V c 6V c 7V c 8V c 9V c i^n 1/i^ n1 Pc*1/i^ n1 Pc(m m) i^2 1.00 1.00 1.69 67.72 1.00 2.53 0.40 0.67 26.76 2.35 4.36 0.23 0.39 15.56 3.86 6.41 0.16 0.26 10.56 5.50 8.64 11.0 13.5 7 16.2 19.0 0.12 0.20 7.84 7.24 0.09 0.15 6.12 0.07 0.13 5.00 0.06 0.10 4.16 0.05 0.09 3.56 9.06 10.9 12.9 14.9 1/i ^2 1.0 0.4 0.2 0.1 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0 Pz*ρ/i^ n2 Pz(m m) 5.30 212.0 2.26 90.36 1.37 54.88 0.96 38.52 0.73 29.28 0.59 23.40 0.48 19.36 0.41 16.44 0.36 14.20 Các điểm đặc biệt: r(Vc ; pr) = (0,081; 0,115) ; a(Va ; pa) = (0,728 ; 0,089) b(Va ; pb) = (0,728; 0,355) ; c(Vc ; pc) = (0,081 ; 1,693) z(Vc ; pz) = (0,081 ;5,3) 1.1.6 Vẽ đồ thị công Để vẽ đồ thị công ta thực theo bước sau: + Chọn tỉ lệ xích: µ p = µv = ( ) 5,3 = 0,025 ( MN / m ) / mm 212 ( ) 0,728 = 0,00404 dm / mm 180 + Vẽ hệ trục tọa độ đó: trục hồnh biểu diễn thể tích xi lanh,trục tung biểu diễn áp suất khí thể SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt + Từ số liệu cho ta xác định tọa độ điểm hệ trục tọa độ Nối tọa độ điểm đường cong thích hợp đường cong nén đường cong giãn nở + Vẽ đường biểu diễn trình nạp trình thải hai đường thẳng song song với trục hoành qua hai điểm Pa Pr Ta có đồ thị cơng lý thuyết + Hiệu chỉnh đồ thị công: - Vẽ đồ thị brick phía đồ thị cơng Lấy bán kính cung trịn R ½ khoảng cách từ Va đến Vc 87 = 0,544( mm / mm ) 180 − 20 - Tỉ lệ xích đồ thị brick: µ s = - Lấy phía phải điểm O’ khoảng OO’ = - Dùng đồ thị Brick để xác định điểm: - λ R 0,25.43,5 = = 10( mm / mm ) 2à s 2.0,544 ã Đánh lửa sớm (c’) • Mở sớm (b’) đóng muộn (r’’) xupap thải • Mở sớm (r’) đóng muộn (d ) xupap hút Áp suất cực đại chu trình thực tế thường nhỏ áp suất cực đại tính tốn : pz’ = 0,85.pz = 0,85.5,3 = 4,505 (MN/m2) Vẽ đường đẳng áp p = 4,505 (MN/m2) Từ đồ thị Brick xác định góc 120 gióng xuống cắt đoạn đẳng áp z’ - Áp suất cuối trình nén thực tế pc’’: Áp suất cuối trình nén thực tế thường lớn áp suất cuối trình nén lý thuyết đánh lửa sớm pc’’ = pc + ( pz’ -pc ) pc’’ = 1,693 + ( 4,505 - 1,693 ) = 2,54 (MN/m2) Nối điểm c’, c’’, z’ lại thành đường cong liên tục dính vào đường giãn nở - Áp suất cuối trình giãn nở thực tế pb’’: Áp suất cuối trình giãn nở thực tế thường thấp áp suất cuối trình giãn nở lý thuyết mở sớm xupap thải SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt Pb’’ = pr + ( pb - pr ) Pb’’ = 0,115 + ( 0,355 - 0,115 ) = 0,235(MN/m2) Nối điểm b’, b’’ tiếp dính với đường thải prx - Nối diểm r với r’, r’ xác định từ đồ thị Brick cách gióng đường song song với trục tung cắt đường nạp pax r’ *) Sau hiệu chỉnh ta nối điểm lại đồ thị cơng thực tế P[MN/mm] 18 17 44° 8° 14° 12° o' 17° o 16 z 5,3 15 14 13 z' 4,5 10 11 12 3,75 c'' 2,5 c 1,25 b' 4 b b'' a' a Vc[l/mm] 1' 2' 3' 4' 5' 6' Hình 1: Đồ thị cơng SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt 1.2 TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 1.2.1 Tính tốn động học 1.2.1.1 Đồ thị biểu diễn hành trình piston x=f(α) + Chọn tỉ lệ xích: µ x = 87 = 0,544( mm / mm ) 180 − 20 µα = (độ/mm) + Đồ thị Brick có nửa đường trịn tâm O bán kính R = S/2 Lấy bán kính R ½ khoảng cách từ Va đến Vc + Lấy phía phải điểm O’ khoảng OO’ = λ.R 0,25.43,5 = = 10( mm / mm ) 2µ x 2.0,543 + Từ tâm O’ đồ thị brick kẻ tia ứng với 10 ; 200…1800 Đồng thời đánh số thứ tự từ trái qua phải 0;1,2…18 + Chọn hệ trục tọa độ với trục tung biểu diễn góc quay trục khuỷu, trục hồnh biểu diễn khoảng dịch chuyển piston + Gióng điểm ứng với 100 ; 200…1800 chia cung tròn đồ thị brick xuống cắt đường kẻ từ điểm 100 ; 200…1800 tương ứng trục tung đồ thị x=f(α) để xác định chuyển vị tương ứng + Nối giao điểm ta có đồ thị biểu diễn hành trình piston x = f(α) 1.2.1.2 Đồ thị biểu diễn tốc độ piston v=f(α) * Vẽ đường biểu diễn tốc độ theo phương pháp đồ thị vòng Nguyễn Đức Phú + Xác định vận tốc chốt khuỷu: + Vẽ đường tròn tâm O bán kính R2 với: R2 = 10 (mm) + Chia nửa vịng trịn tâm O bán kính R1 thành 18 phần đánh số thứ tự 0;1;2 …18 + Chia vịng trịn tâm O bán kính R2 thành 18 phần đánh số thứ tự 0’; 1’; 2’…18’ theo chiều ngược lại SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt + Từ điểm 0;1;2…kẻ đường thẳng góc với AB cắt đường song song với AB kẻ từ điểm 0’;1’;2’…tương ứng tạo thành giao điểm Nối giao điểm lại ta có đường cong giới hạn vận tốc piston Khoảng cách từ đường cong đến nửa đường tròn biểu diễn trị số tốc độ piston ứng với góc α α [độ] V = f(x) X = f(α) Hình : Đồ thị chuyển vị *) Biểu diễn v = f(x) SVTH : Đinh Ngọc Tú Hình : Đồ thị vận tốc v = f ( α ) Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt Để khảo sát mối quan hệ hành trình piston vận tốc piston ta đặt chúng chung hệ trục toạ độ Trên đồ thị chuyển vị x = f(α) lấy trục Ov bên phải đồ thị song song với trục Oα, trục ngang biểu diễn hành trình piston Từ điểm 00, 100, 200, ,1800 đồ thị Brick ta gióng xuống đường cắt đường Ox diểm 0, 1, 2, ,18 Từ điểm ta đặt đoạn tương ứng từ đồ thị vận tốc, nối điểm đầu lại đoạn ta có đường biểu diễn v = f(x) 1.2.1.3 Đồ thị biểu diễn gia tốc j = f ( x ) Để vẽ đường biểu diễn gia tốc piston ta sử dụng phương pháp Tole + Chọn hệ trục tọa độ với trục Ox trục hoành, trục tung trục biểu diễn giá trị gia tốc 2 + Chọn tỉ lệ xích: µ j = ω µ s = 566,53 0,543 = 174522,343 (mm/s2)/mm + Trên trục Ox lấy đoạn AB = S Tính: j max = R.ω (1 + λ ) = 43,5.( 566,532 ).(1 + 0,25) = 17452234,35( m m s ) ( ) ( ) j = − R.ω (1 − λ ) = 45,3 566,53 (1 − 0,25) = −10471340,61 m m s EF = -3.R.λ.ω2 = -3.43,5.0,25.566,532 = - 10471340,61(mm/s2) + Từ điểm A tương ứng với điểm chết lấy lên phía đoạn j 17452234,35 max AC = µ = 174522,343 = 100(mm) Từ điểm B tương ứng với điểm chết lấy j xuống đoạn BD = j µj = 10471340,61 = 60(mm) Nối C với D Đường thẳng 174522,343 CD cắt trục hoành Ox E Từ E lấy xuống đoạn EF = 10471340,61 = 60(mm) Nối CF FD, đẳng phân định hướng CF thành phần 174522,343 đánh số thứ tự 0;1;2…đẳng phân định FD thành phần đánh số thứ tự 0’;1’;2’…vẽ đường bao tiếp tuyến 11’;22’;33’…Ta có đường cong biểu diễn quan hệ j = f ( x ) SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động đốt C j max ÂÄÖ THËGIA TÄÚ C j(s) A E B S j F 6 D Hình : Đồ thị gia tốc J = f ( x ) 1.2.2 Tính tốn động lực học 1.2.2.1 Đường biểu diễn lực quán tính khối lượng chuyển động tịnh tiến − PJ = f ( x ) Vẽ theo phương pháp Tole với trục hồnh đặt trùng với P0 đồ thị cơng, trục tung biểu diễn giá trị Pj Vẽ đường biểu diễn lực quán tính tiến hành theo bước sau: + Chọn tỉ lệ xích trùng với tỉ lệ xích đồ thị cơng: µ p = µ p = 0,025( MN / m mm) + Xác định khối lượng chuyển động tịnh tiến: j m = mpt + m1 Trong đó: m - Khối lượng chuyển động tịnh tiến (kg) mpt = 0,60 (kg) - Khối lượng nhóm piston m1- Khối lượng truyền qui tâm chốt piston (kg) Theo công thức kinh nghiệm: m1 = (0,275 ÷ 0,35).mtt Lấy m1 = 0,3.0,7 = 0,21 (kg) SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt => m = 0,60 + 0,21 = 0,81(kg) Áp dụng cơng thức tính lực qn tính: pj = - m.j, ta có: Lực qn tính Pjmax: Pj max = − m j max FP FP- diện tích đỉnh piston π D π 97,32 FP = = = 7435,592 (mm2) 4 ⇒ Pj max − 0,81.17452234,35.10 −9 = = −1,901 (MN/m2) −6 7435,592.10 Lực quán tính Pjmin: Pj = − m j − 0,8.10471340,61.10 −9 = = −1,14 (MN/m2) FP 7435,592.10 −6 Từ A dựng đoạn thẳng AC thể Pjmax Giá trị biểu diễn Pjmax là: AC = Pj max µP = 1,901 = 76 (mm) 0,025 Từ B dựng đoạn thẳng BD thể Pjmin Giá trị biểu diễn Pjmin là: BD = Pj µP = 1,14 = 45.6 (mm) 0,025 Nối CD cắt AB E Lấy EF: EF = − m.3.λ.R.ω 0,81.3.0,25.43,5.566,53 10 −9 =− = −1,14 (MN/m2) −6 FP 7435,592.10 Giá trị biểu diễn EF là: EF = EF 1,14 = = 45,6 (mm) µ P 0,025 Nối CF DF Phân đoạn CF DF thành đoạn nhỏ ghi số 1, 2, 3, 4, 1’, 2’, 3’, 4’, hình Nối 11’, 22’, 33’, v.v Đường bao đoạn thẳng biểu thị quan hệ hàm số j=f(x) Diện tích F1 = F2 SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 10 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt Trên động ô tô máy kéo, két làm mát gồm phần: ngăn chứa nước nóng, ngăn chứa nước nguội vào làm mát động cơ, dàn ống truyền nhiệt Dàn truyền nhiệt phận quan trọng két nước.Hiệu suất truyền nhiệt phụ thuộc vào tốc độ lưu động hai dịng mơi chất.Vì để tăng hệ số truyền nhiệt, phía sau két nước thường bố trí quạt gió để hút gió qua giàn ống truyền nhiệt Kích thước bên ngồi hình dáng két làm mát phụ thuộc vào bố trí chung tốt chọn bề mặt đón gió két nước có dạng hình vng tỷ lệ diện tích chém gió quạt hút đặt sau két làm mát diện tích đón gió két tiến gần đến Đánh giá chất lượng làm mát két hiệu làm mát cao, tức hệ số truyền nhiệt phận tản nhiệt lớn, công suất tiêu tốn để dẫn động bơm quạt gió … Nói chung, phụ thuộc vào yếu tố sau: Khả dẫn nhiệt vật liệu làm két Khả truyền nhiệt đối lưu két Hình 13: Nắp két nước làm mát Kết cấu két Giải vấn đề thứ cách chọn vật liệu làm ống tản nhiệt Vấn đề thứ hai tăng tốc môi chất làm mát (nước) Nhưng phải đảm bảo công suất tiêu hao cho dẫn động bơm không lớn Vấn đề thứ ba bao gồm chọn hình dáng kích thước ống, tản nhiệt cách bố trí ống két Ngồi ra, kết cấu két làm mát cịn có phận quan trọng nắp két làm mát Nắp két làm mát có hai van : van xả van hút khơng khí.Van xả nước làm việc áp suất hệ thống làm mát lớn 0,15 - 0,125 MN/m2, van hút mở hệ thống làm mát có áp suất nhỏ 0,095- 0,09 MN/m2 Nguyên lý làm việc nắp két nước áp suất thay đổi giới thiệu hình vẽ, xả nước (a), nạp khơng khí (b), áp suất két làm mát cao áp suất môi trường nên nhiệt độ sôi nước hệ thống làm mát cao đến 100-1050 C, giảm lượng nước bốc hơi.Ưu điểm thuận lợi cho loại xe chạy đường dài SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 36 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt 2.2.2.Kết cấu bơm: Nhiệm vụ bơm nước tạo tuần hoàn nước hệ thống làm mát nước với lưu lượng cần thiết cho chế độ làm mát với tần số tuần hoàn khoảng 12 lần phút Hình 14: Bơm nước Bơm loại bơm ly tâm, nguyên lý làm việc lợi dụng lực ly tâm nước nằm bánh để dồn nước từ làm mát.Puli 13 dẫn động từ trục khuỷu, qua trục bơm dẫn động cánh quạt bơm nước , cịn mayơ quạt gió gắn qua khớp điện từ, nhiệt độ nước làm mát lên đến 900 đóng điện làm việc ngắt nhiệt độ 850 Kết cấu bơm nước lắp xe lắp mặt đầu thân, dẫn động quay bơm nước nhờ đai truyền buli Nắp thân bơm chế tạo gang Cánh bơm chế tạo chất dẻo Trục bơm đặt hai ổ bi cầu, để bao kín dầu mỡ bơi trơn ổ bi ta dùng phớt bao kín nước ta dùng phớt SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 37 Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động đốt 2.2.3.Kết cấu quạt gió: Trong hệ thống làm mát nước dùng két làm mát khơng khí, quạt dùng để tăng tốc độ khơng khí qua két nhằm nâng cao hiệu làm mát Quạt gió loại quạt chiều trục Hình 15 : Quạt gió Đánh giá chất lượng quạt hai tiêu: + Năng suất quạt + Công suất tiêu tốn cho quạt Hai tiêu phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay quạt, kích thước cánh, góc nghiêng cánh vị trí tương quan quạt két làm mát Tăng góc nghiêng cánh tăng số vịng quay quạt làm cho công suất dẫn động quạt tăng nhanh (hàm mũ bậc theo số vòng quay) Thường loại cánh phẳng chọn góc nghiêng từ 400 450, cánh lồi 380 Tăng đường kính quạt tăng chiều rộng cánh quạt có làm cho lưu lượng tăng công suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, động ơtơ máy kéo đường kính quạt khơng vượt q 0,65m chiều rộng không vượt 70mm Khoảng cách từ quạt đến két phụ thuộc vào việc tổ chức dịng khí làm mát tiếp phận nắp mui xe: + Dài 80 ÷ 100 mm có dẫn hướng + Khơng q 10 ÷ 15 mm khơng dẫn hướng gió + Số cánh khơng vượt q SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 38 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt Quạt dẫn động đai truyền hình thang, tốc độ đai khơng vượt q 30÷35 m/s Tỷ số truyền động nằm khoảng ÷ 1,3 2.2.4.Kết cấu van nhiệt: Trên động X-047 sử dụng van nhiệt để khống chế lưu lượng nước làm mát qua két nước nhiệt độ động chưa đạt tới nhiệt độ quy định, nhằm làm giảm thời gian chạy ấm máy động Nguyên lý làm việc loại van lợi dụng thay đổi nhiệt độ nước làm mát để điều chỉnh lượng nước qua két làm mát Động mà ta khảo sát, lợi dụng tượng giãn nở nhiệt chất rắn đặt thân van (hỗn hợp xêrerin bột đồng) để điều khiển đóng mở van, làm khống chế lượng nước qua két làm mát.Khi nhiệt độ nước thấp nhiệt độ qui định, van nhiệt đóng kín nắp van (do thân van chưa bị giãn nở), nước làm mát không qua két nước nên tuần hoàn tring thân động Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên cao nhiệt độ qui định ,thân van giãn nở mạnh, nắp van mở rộng, tiết diện lưu thông lớn, nước qua két làm mát nhiều 2.3.Tính tốn hệ thống làm mát: 2.3.1.Xác định lượng nhiệt động truyền cho nước làm mát: Nhiệt độ từ động truyền cho nước làm mát coi gần số nhiệt lượng đưa qua tản nhiệt truyền vào khơng khí, lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát động xăng chiếm khoảng 20 30% tổng số nhiệt lượng nhiên liệu tỏa Nhiệt lượng Qlm tính theo cơng thức kinh nghiệm sau đây: J  Qlm = q 'lm N e   s Trong đó: q’lm: lượng nhiệt truyền cho nước làm mát ứng với đơn vị công suất đơn vị thời gian Đối với động xăng thì: q’lm = 1263÷ 1360 chọn q’lm =1300 J KW.s J KW.s Ta có: Ne = 98,5[KW] SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 39 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt Suy ra: J   Qlm= q’lm.Ne =1300.98,5=128050  s  Từ ta xác định lượng nước Glm tuần hoàn hệ thống đơn vị thời gian: G lm = Qlm 128050  kg  = = 3,8  C n ∆t n 4187.8  s  Trong đó: Cn: Tỷ nhiệt nước làm mát, Cn= 4187J/kgđộ Δtn: hiệu nhiệt độ nước vào tản nhiệt Với động ôtô-máy kéo Δtn = ÷ 100C, chọn Δtn = 80C Ta tính tốn hệ thống làm mát chế độ cơng suất cực đại 2.3.2.Tính két nước: Bao gồm việc xác định bề mặt tản nhiệt để truyền nhiệt từ nước mơi trường khơng khí xung quanh Xác định kích thước mặt tản nhiệt sở lý thuyết truyền nhiệt Truyền nhiệt tản nhiệt chủ yếu đối lưu Két tản nhiệt động ôtô máy kéo có mặt tiếp xúc với nước nóng mặt tiếp xúc với khơng khí Do truyền nhiệt từ nước khơng khí truyền nhiệt từ môi chất đến môi chất khác qua thành mỏng Như q trình truyền nhiệt phân thành giai đoạn ứng với trình truyền nhiệt sau: + Từ nước đến thành ống bên trong: J Q lm = α1F1 ( t n − t δ1 )   s  + Qua thành ống: Q lm = λF1 ( t δ1 − t δ )  J   s  δ + Từ mặt thành ống đến không khí: J  Q lm = α F2 ( t δ − t kk )   s  SVTH : Đinh Ngọc Tú Hình 16 : Quan hệ hệ số truyền nhiệt k với tốc độ khơng khí ωkk Trang 40 Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động đốt Trong đó: Qlm : Nhiệt lượng động truyền cho nước làm mát nhiệt lượng nước dẫn qua tản nhiệt (J/s) α1 : Hệ số tản nhiệt nước đến thành ống tản nhiệt (W/m2.độ) λ : Hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm ống tản nhiệt (W/m2.độ) δ : Chiều dày thành ống (m) α2 : Hệ số tản nhiệt từ thành ống tản nhiệt vào khơng khí (W/m2) F1 : Diện tích tiếp xúc với nước nóng (m2) F2 : Diện tích tiếp xúc với khơng khí (m2) tδ1, tδ2 : Nhiệt độ trung bình bề mặt thành ống tn, tkk : Nhiệt độ trung bình nước, khơng khí qua tản nhiệt Giải phương trình ta có: Qlm = Đặt: F (t − t ) F2 δ F2 n kk + + α1 F1 λ F1 α k= J  s  1 F2 δ F2 hệ số truyền nhiệt tổng quát két làm mát + + α F1 λ F1 α J Suy ra: Q lm = kF2 ( t n − t kk )   s  Vậy ta tính diện tích tiếp xúc với khơng khí F2 theo công thức: F2 = Q lm k ( t n − t kk ) [m ] Diện tích F2 thường lớn diện tích F1 F2 cịn tính đến diện tích cánh tản nhiệt Tỷ số F2 = φ gọi hệ số diện tích Động ta tính sử dụng loại két dùng ống nước F1 dẹp, nên chọn φ = (3÷ 6), ta chọn φ = Nhiệt độ trung bình nước làm mát két nước xác định theo công thức sau đây: tn = t nv + t nr Δt = t nv + n [oC] 2 Nhiệt độ trung bình nước làm mát hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng là: tn = 80 ÷ 92 oC, ta chọn tn = 85oC Nhiệt độ trung bình khơng khí xác định theo cơng thức sau: SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 41 Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động đốt t kk = t kkv + t kkr Δt = t kkv + kk [oC] 2 Nhiệt độ khơng khí vào (tkkv) phía trước tản nhiệt lấy 40oC Chênh lệch nhiệt độ khơng khí qua tản nhiệt Δtkk lấy 20 ÷ 30oC Vậy tkk= 50 ÷ 55oC Chọn tkk = 52oC Hệ số α1 xác định cơng thức thực nghiệm Trị số thí nghiệm α1 thay đổi khoảng 2326 ÷ 4070 W W Ta chọn α1=3000 o o m C m C Chọn vật liệu làm ống tản nhiệt hợp kim nhôm Hệ số tản nhiệt nhôm nằm khoảng λ = 104,8 ÷ 198 W W Ta chọn λ = 150 o o m C m C Hệ số α2 phụ thuộc chủ yếu vào lưu tốc khơng khí ωkk Khi thay đổi ωkk từ ÷ 60 đổi đồng biến từ 40,6 ÷ 303 m hệ số α2 thay s W m o C Hệ số k cho tản nhiệt kiểu ống xác định theo đồ thị k = f(ωkk) Theo số liệu thí nghiệm xác định bề mặt làm mát tản nhiệt ta lấy k≈α tính gần đúng: α2 = 11,38 ωkk 0,8  W  = 260  o  m C Hình 17 :Sơ đồ tính tốn bơm nước ly tâm Vậy suy diện tích tản nhiệt F2: F2 = 128050 = 14,9 [m2] 260( 85 − 52 ) 2.3.3.Tính bơm nước: Xác định lưu lượng nước tuần hoàn hệ thống làm mát Glm cột áp H Lưu lượng nước tuần hồn hệ thơng làm mát phụ thuộc vào nhiệt lượng nước làm mát mang chênh lệch nhiệt độ nước động cơ, xác định theo công thức: SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 42 Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động đốt Glm = Gn = Qlm kg = 3,8    C n (t nt − t nv )  s  Trong đó: Qlm : Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát (J/s) Cn : Tỷ nhiệt nước [J/kg.độ] ∆tnr, ∆tnv : Nhiệt độ nước nhiệt độ nước vào động Sức cản chuyển động nước hệ thống làm mát tính theo cột nước H phụ thuộc vào sức cản phận: két nước, ống dẫn, vách nước thân nắp máy v.v … Thường sức cản tổng quát hệ thống làm mát tính tốn gần lấy H = 3,5 ÷ 15 mH2O, ta chọn H = 13 mH2O Xác định lượng nước làm mát tiêu hao Glm cột áp H, ta xác định kích thước bơm nước Lưu lượng bơm nước xác định theo công thức sau: Gb = G lm  kg  η  s  Trong đó: η hệ số tổn thất bơm, với η = 0,8 ÷ 0,9 Chọn η = 0,85 Suy ra: Gb = 3,8  kg  = 4,47  s  0,85 Xác định kích thước chủ yếu bơm phải vào chuyển động chất lỏng bơm Với loại bơm ly tâm phân tử chất lỏng đồng thời tham gia hai chuyển động: Vận tốc vòng : Nước quay cánh bơm với vận tốc u (tại điểm vào A: vận tốc u 1; B vận tốc tương đối u 2) Vận tốc tương đối theo hướng tiếp tuyến với cánh quạt w (tại A: vận tốc tương đối w 1; B vận tốc tương đối w 2) Như vậy, phân tử nước chuyển động với vận tốc tuyệt đối là: c = u + w (tại A có vận tốc c1 , B có vận tốc c ) Lỗ nước vào bơm phải đảm bảo đủ lượng nước tính tốn cần thiết Kích thước tính theo cơng thức: f f = π(r12 − r02 ) = Gb c1ρ n [m ] Trong đó: SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 43 Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động đốt  kg  Gb: Lượng nước tính tốn bơm   s  r1: bán kính bánh cơng tác [m] ro: bán kính bánh công tác [m], chọn ro = 0,02m c1: vận tốc tuyệt đối nước vào cánh, ÷ 5(m/s), ta chọn c1 = ( ρ n : mật độ nước 1000 m ) s kg m3 Từ phương trình rút ra: r1 = Gb 4,47 + rO2 = + 0,02 = 0,03 [m] c1 ρ nπ 3.1000.3,14 Bán kính ngồi r2 bánh công tác xác định từ vận tốc vòng u2 B: u = + tgα cot gβ g.H 9,81.13 m = + tg12ο cot g15o = 18,8  Trong đó: ηb 0,65 s + α1, α2 : Góc phương trình vận tốc c1 u1, c2 u2; thường α1 =900 α2 = ÷ 120, ta chọn α2 = 120 + β1, β2: Góc kẹp phương vận tốc góc tương đối w với phương u theo hướng ngược lại (ở A có β1, B có β2) Thường chọn β2 = 12 ÷ 150, chọn β2 = 150 Khi tăng β2 cột nước tạo bơm tăng hiệu suất giảm + g: Gia tốc trọng trường + H: Cột áp bơm + ηb: Hiệu suât bơm (bằng 0,6 ÷ 0,7), chọn ηb = 0,65 + ωb : Tốc độ vịng bánh cơng tác (1/s) + nb: Số vịng quay bánh cơng tác r2 = Vậy u 30.u 30.18,8 = = = 0,033[ m] ωb π nb 3,14.5410 Thông thường α1 = 900, β1 xác định theo công thức: tg ( β1 ) = Suy c1 c1r2 4.0,033 = = = 0,234 u1 u r1 18,8.0,03 β1= 13,2ο Quan hệ tốc độ u1, u2 biểu thị theo công thức sau: u1 = u r1 0,03 m = 18,8 ≈ 17,1    r2 0,033  s  SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 44 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt Chiều cao cánh bơm lối vào lối xác định: b1 = b2 = Gb  δ  [m] ρ n c1  πr1 − z  sin β1   Gb  δ  [m] ρ n c r  2πr2 − z  sin β   Trong đó: δ1, δ2 : chiều dày cánh lối [m], lấy δ1= δ2 = δ3 = ÷ mm ta lấy δ1 = δ2 = δ3 = mm b cr : tốc độ ly tâm nước lối [m/s] cr = c2 sin α = α H g 13.9,81 m tgα = tg12 o = 2,22   u 2η b 18,8.0,65 s l z: số cánh bánh công tác, chọn z = cánh b1 = 2r Vây: 4,47  4.10 −3 1000.3 2.π 0,03 − sin 13,2 o     = 29,5.10 −3 [m] y b2 = 4,47  4.10 1000.2,22 2.π 0,033 − sin 15o  −3    = 24.10 −3 [m] Hình 18: Sơ đồ tính quạt gió Bơm nước dung cho động tơ máy kéo ngày thường có : b1= 12 ÷ 35 mm b2= 10 ÷ 25 mm Cơng suất tiêu hao cho bơm nước tính theo công thức sau: G b H.9,81.10 −3 [ KW ] Nb = η b η cg Trong đó: ηcg : Hiệu suất giới bơm (ηcg = 0,7 ÷ 0,9), chọn ηcg =0,8 4,47.13.9,81.10 −3 Nb = = 1,1[ KW ] 0,65.0,8 SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 45 2R (thường z = ÷ 8) Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động đốt 2.3.4.Tính quạt gió: Lượng khơng khí, áp suất động quạt tạo công suất cho quạt phụ thuộc vào số vịng quay trục quạt: lượng khơng khí tỷ lệ bậc nhất, áp suất tỷ lệ bậc hai, công suất tỷ lệ bậc ba so với số vịng quay Khi tính tốn quạt gió ta cần lưu ý rằng: tính quạt gió động ơtơ nên tính đến ảnh hưởng tốc độ gió gây tốc độ chuyển động ôtô Do lưu lượng thực tế quạt thường lớn lưu lượng tính tốn: Gkk Mức độ lớn bé lưu lượng thực tế phụ thuộc vào tốc độ ôtô Khi tốc độ ôtô lớn, lưu lượng thực tế qua két nước tăng lên nên lưu lượng không khí quạt cung cấp giảm xuống rõ rệt Lưu lượng quạt gió phụ thuộc vào kích thước quạt gió, xác định lưu lượng quạt gió theo cơng thức sau: Gq = p k π ( R − r )nq bZη k sin α cos α 60  kg   s  Trong đó: ρkk = 1,1 : Khối lượng riêng khơng khí [kg/m3] R,r : bán kính ngồi bán kính quạt [m] b : chiều rộng cánh [m] nq = (1 ÷ 2)n : số vòng quay quạt [vòng/phút] n: số vòng quay trục khuỷu, ta chọn nq = n = 5410[vòng/phút] α : góc nghiêng cánh,α = 300 (với loại cánh quạt phẳng) Z : số cánh, chọn Z =4 ηkk : hệ số tổn thất tính đến sức cản dịng khơng khí cửa nắp đầu xe Ta có R bán kính ngồi quạt R= Dq , với Dq = 0,3 - 0,7 (m), ta chọn Dq = 0,34 (m) ⇒ R = 0,17(m) Trong đó, chiều dài cơng tác 0,12(m), suy r bán kính quạt : r = 0,17 - 0,12 = 0,05(m) SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 46 Đồ án mơn học: Kết cấu tính toán động đốt Hệ số ηkk phụ thuộc vào tỷ số fn , fn diện tích tiết diện cửa khơng khí πR nắp đầu xe Quan hệ hệ số ηkk với tỷ số fn giới thiệu hình vẽ πR Hình 19 : Quan hệ ηkk = f( fn ) πR Cơng suất tiêu thụ quạt gió xác định theo công thức sau: Nq = Z nq3b( R − r ) sin α 2840.000 SVTH : Đinh Ngọc Tú = 4.5410 0,06(0,17 − 0,05 ) sin 30ο 2840.000 = 2,77[ KW ] Trang 47 Đồ án môn học: Kết cấu tính tốn động đốt Vẽ đồ thị công .………………………………………………………………… .2 1.1 Vẽ đồ thị công……………………………………………………………………2 1.1.1Các số liệu chọn trước q trình tính tốn 1.1.2.Xây dựng đường cong nén 1.1.3.Xây dụng đường cong giãn nở………………………………………………… 1.1.4.Tính Va, Vh, Vc 1.1.5.Bảng xác định tọa độ điểm trung gian…………………………………… 1.1.6.Vẽ đồ thị công .3 1.2.Tính tốn động học động lực học……………………………………………… 1.2.1.Tính tốn động học 1.2.1.1.Đồ thị biểu diễn hành trình piston x=f(α) 1.2.1.2 Đồ thị biểu diễn tốc độ piston v=f(α)…………………………………….6 1.2.1.3 Đồ thị biểu diễn gia tốc j = f ( x ) …………………………………………… 1.2.2 Tính tốn động lực học…………………………………………………………9 1.2.2.1.Đường biểu diễn lực qn tính khối lượng chuyển động tịnh tiến − PJ = f ( x ) 1.2.2.2 Khai triển đồ thị………………………………………………………….11 1.2.2.3.Vẽ đồ thị biểu diễn lực tiếp tuyến T = f ( α ) , lực pháp tuyến Z = f ( α ) lực ngang N = f ( α ) 14 1.2.2.4 Vẽ đồ thị ΣT = f(α)………………………………………………………… 19 1.2.2.5 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 22 1.2.2.6 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to truyền .24 1.2.2.7 Đồ thị khai triển tơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu Q = f ( α ) ……… 26 1.2.2.8 Vẽ đồ thị mài mịn chốt khuỷu……………………………………………….28 2.Phân tích ngun lý, đặc điểm kết cấu tính tốn hệ thống làm mát…………… 30 2.1.Mục đích ý nghĩa hệ thống làm mát………………………………………………30 2.2.Phân tích đặc điểm kết cấu……………………………………………………………….31 2.2.1.Kết cấu két làm mát……………………………………………………………… 31 2.2.2.Kết cấu bơm……………………………………………………………………….33 2.2.3.Kết cấu quạt gió……………………………………………………………………… 34 2.2.4.Kết cấu van nhiệt……………………………………………………………… 35 2.3.Tính tốn hệ thống làm mát…………………………………………………………… 35 2.3.1.Xác định lượng nhiệt động truyền cho nước làm mát……………………………….35 SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 48 Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động đốt 2.3.2.Tính két nước……………………………………………………………………………36 2.3.3.Tính bơm nước………………………………………………………………………….39 2.3.4.Tính quạt gió………………………………………… 42 SVTH : Đinh Ngọc Tú Trang 49 Đồ án mơn học: Kết cấu tính tốn động đốt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- GS.TS Nguyễn Tất Tiến Nguyên lý động đốt Nhà xuất giáo dục - 2000 [2] - Hồ Tấn Chuẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến Kết cấu tính tốn động đốt tập1, 2, Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp [3] - Nguyễn Đức Phú Giáo trình hướng dẫn làm đồ án môn học động đốt Khoa khí – ĐHBK Hà Nội Ngồi cịn có tham khảo số tài liệu: Giáo trình giảng dạy thầy môn động đốt – Khoa khí giao thơng – ĐHBK Đà Nẵng số tài liệu lấy từ mạng internet SVTH: Đinh Ngọc Tú Trang 50 ... 0.00 -0 .13 -5 .91 -0 .99 -4 4.80 -0 .04 -1 .96 -0 .26 -1 1.78 -0 .97 -4 3.67 -0 .09 -3 .87 -0 .39 -1 7.52 -0 .93 -4 1.65 -0 .13 -5 .65 -0 .52 -2 2.72 -0 .87 -3 8.19 -0 .16 -7 .14 -0 .64 -2 6.81 -0 .79 -3 3.15 -0 .20 -8 .17 -0 .76... -0 .97 -4 6.05 -0 .09 -4 .08 -0 .39 -1 8.01 -0 .93 -4 2.81 -0 .13 -5 .81 -0 .52 -0 .64 -2 3.06 -2 7.10 -0 .87 -0 .79 -3 8.76 -3 3.51 -0 .16 -0 .20 -7 .25 -8 .25 -0 .76 -2 9.13 -0 .69 -2 6.69 -0 .22 -8 .55 -0 .86 -2 8.29 -0 .57... -0 .76 -2 9.32 -0 .69 -2 6.87 -0 .22 -8 .61 -0 .86 -2 8.85 -0 .57 -1 9.16 -0 .24 -8 .13 -0 .94 -2 5.26 -0 .42 -1 1.38 -0 .25 -6 .82 -1 .00 -1 8.21 -0 .26 -4 .70 -0 .26 -4 .70 -1 .03 -1 .02 -8 .77 2.20 -0 .08 0.11 -0 .65 -0 .25