Bài viết trình bày về vật liệu chế tạo bình chịu áp có kết cấu hình trụ được làm từ vật liệu composit, đưa ra công nghệ quấn là công nghệ thích hợp chế tạo các kết cấu tròn xoay, từ đó phân tích ưu nhược điểm để đưa ra phạm vi cho người sử dụng.
CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 VẬT LIỆU COM POSIT VÀ CƠNG NGHỆ QUẤN CHẾ TẠO CÁC BÌNH CHỊU ÁP CĨ KẾT CẤU TRỊN XOAY ThS Trần Thanh Vân Viện Cơ Khí, Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam Tóm tắt: Bài báo trình bày vật liệu chế tạo bình chịu áp có kết cấu hình trụ làm từ vật liệu composit, đưa công nghệ quấn cơng nghệ thích hợp chế tạo kết cấu trịn xoay, từ phân tích ưu nhược điểm để đưa phạm vi cho người sử dụng 1.Đặt vấn đề: Ở nước ta nay, việc chế tạo sản xuất loại sản phẩm vật liệu composit giai đoạn phát triển dựa nhiều vào kinh nghiệm túy Do việc nghiên cứu vật liệu, cơng nghệ chế tạo để thiết kế chế tạo sản phẩm làm composit việc làm mang tính cấp thiết nay, từ đưa giải pháp vật liệu công nghệ vừa đảm bảo tính kỹ thuật vừa đảm bảo tính kinh tế Chính báo vào nghiên cứu tìm hiểu vật liệu composit cốt sợi thủ tinh công nghệ quấn đưa sản phẩm phù hợp ứng dụng điều kiện Việt Nam Một số kết cấu tròn xoay chế tạo từ vật compozit cốt sợi liên tục theo công nghệ quấn 2.Vật liệu composit chế tạo bình chịu áp Vật liệu compozit loại vật liệu tạo nên từ hai hay nhiều loại vật liệu thành phần khác nhau, nhằm mục đích tạo nên vật liệu mới, ưu việt bền so với vật liệu thành phần Vật liệu Composite cấu tạo từ thành phần cốt nhằm đảm bảo cho Composite có đặc tính học cần thiết vật liệu đảm bảo cho thành phần Composite liên kết, làm việc hài hồ với nhau.Nhìn chung, vật liệu composite gồm Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 94 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 hay nhiều pha gián đoạn phân bố pha liên tục (Pha loại vật liệu thành phần nằm cấu trúc vật liệu composite.) Pha liên tục gọi vật liệu (matrice), thường làm nhiệm vụ liên kết pha gián đoạn lại Pha gián đoạn gọi cốt hay vật liệu tăng cường (renfot) trộn vào pha làm tăng tính, tính kết dính, chống mịn, chống xước Vật liệu compozit cốt sợi liên tục sử dụng công nghệ quấn thường compozit polyme nhiệt rắn cốt sợi thủy tinh, cốt sợi cac bon cốt sợi hữu (kevla) Các máy quấn vật liệu compozit điều khiển tự động, cho phép quấn chế tạo chi tiết có hình dạng phức tạp khác Trong thực tiễn sản phẩm dạng thân cánh thiết bị bay, vỏ động nhiên liệu rắn, ống dẫn thủy khí, thùng chứa nhiên liệu, ống phóng; hệ thống ống dẫn dầu, ống dẫn nước, vỏ chai chứa khí nén, vỏ bình chứa khí ga hóa lỏng cho ô tô, vỏ bình ga dân dụng, vỏ bình lọc nước sạch… Chế tạo vỏ chịu lực bình chịu áp suất cao sử dụng vật liệu compozit cốt sợi đơn hướng (sợi liên tục), vật liệu có độ bền kéo cao polime Qua nghiên cứu loại vật liệu compozit cốt sợi thuỷ tinh polime có tính chất ổn định, độ bền kéo cao giá thành rẻ Ngoài ra, tỷ trọng thấp mô đun đàn hồi không lớn so với vật liệu compozit khác Chính compozit cốt sợi thủy tinh, đặc biệt sợi thủy tinh độ bền cao sử dụng rộng rãi cơng nghiệp nói chung mặt đời sống xã hội Bảng Đặc tính học vật liệu compozit đơn hướng polyme Giới hạn bền kéo Mô đun đàn hồi kéo Độ giãn dài tương đối вк , Eм , к , g/cm3 МPа GPа % 2,02 1750 55 3,18 1,35 1980 69 2,87 1,58 1420 110 1,29 Compozit cốt sợi đơn hướng polyme: Mật độ Sợi + Nền Compozit cốt sợi thủy tinh: РВМН-9 + ЭДТ-10 Compozit cốt sợi hữu cơ: “Армос-6” + ЭДТ-10 Compozit cốt sợi bon: УКН-5000 + ЭДТ-10 к , Cấu tạo bình chịu áp Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 95 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Các kết cấu vỏ trịn xoay làm từ compozit thường có cấu tạo gồm hai phần Phần chịu lực bên quấn từ sợi compozit; phần vỏ kín bên làm từ polyme cao su Sử dụng vật liệu compozit tiên tiến thiết kế chế tạo kết cấu vỏ tròn xoay chịu áp lực trong, cho phép tạo hệ sản phẩm có tính vượt trội so với sản phẩm từ kim loại có kết cấu tương tự: khối lượng giảm 1,5-2,5 lần, có độ bền chống ăn mòn cao, thời gian phục vụ lâu dài, an toàn sử dụng Về khối lượng khơng xét cụ thể đến kết cấu riêng khối lượng vỏ giảm dần theo thứ tự: vỏ kim loại (hợp kim), vỏ liên hợp compozit - kim loại vỏ compozit Cấu tạo bình chịu áp Cơng nghệ quấn chế tạo bình chịu áp: Bình chịu áp compozit chế tạo công nghệ quấn Công nghệ quấn- cơng nghệ tạo hình kết cấu vỏ mỏng cách quấn căng sợi cốt tẩm nhựa trục quấn (khuôn quấn) quay theo quỹ đạo thiết kế cho lớp vỏ compozit định Trong công nghệ này, sợi tẩm thấm nhựa quấn lên trục khn quay góc phù hợp, cách điều chỉnh tốc độ dịch chuyển phận cấp sợi tốc độ quay trục khn phân bố sợi góc mong muốn Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 96 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Công nghệ quấn Căn vào trạng thái cốt băng quấn chất lỏng hay dạng dẻo nhớt người ta chia thành hai phương pháp quấn: quấn ướt quấn khô Các sơ đồ quấn ướt quấn khô Quấn ướt: Tẩm vào cốt thực trực tiếp trục quấn trước quấn, việc tạo hình chi tiết vật liệu phối hợp lúc Sơ đồ quấn ướt 1- cọc sợi; 2- giá mắc; 3- dẫn hướng; 4- lớp quấn xoắn; 5- trục quấn; 6- lớp quấn ngang; 7- dẫn động quay; 8- thùng tẩm; 9- băng quấn (bó sợi cốt) Quấn khơ: Q trình quấn tiến hành riêng biệt, sợi cốt tẩm nhựa sấy sơ thiết bị chuyên dụng Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 97 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Sơ đồ quấn khô: 1- trục quấn; 2- bôbin prepreg; 3- màng chia; 4- nung; 5- bàn chạy dao; 6- giá trượt; 7- đầu quấn; 8- thiết bị điều khiển sức căng băng quấn; I…IV- bậc tự máy Bảng : So sánh ưu nhược điểm phương pháp quấn ướt quấn khô Thông số Quấn ướt Quấn Khô Độ Kém Tốt Điều chỉnh hàm lượng nhựa Kém, phụ thuộc nhiều yếu tố Tốt (ở tốc độ quấn nhiệt độ quấn không đổi) Đảm bảo chất lượng Kém Tốt Sử dụng hệ nhựa phức tạp Được Khó Hư hỏng sợi Ít hư hỏng Phụ thuộc nhà sản xuất prepreg Bảo quản nguyên liệu Rất dễ( thời gian sống dài) Bảo quản lạnh Tốc độ quấn Thấp (Phụ thuộc chất lượng sợi máy quấn) Cao Đóng rắn nhiệt độ phịng Có thể Khơng thể Giá thành Thấp Cao 5.Kết luận Bài báo phân tích vật liệu composit loại vật liệu đại với công nghệ quấn để chế tạo kết cấu trịn xay Từ làm tài liệu giúp cho quan tâm nghiên cứu vấn đề Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 98 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 PHÂN TÍCH ĐÁP ỨNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG SỬ DỤNG HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ (EFI) ANALYSIS THE FUEL ADAPTIVE OF GASOLINE ENGINE USING ELECTRICAL FUEL INJECTOR SYSTEM (EFI) KS TRẦN XUÂN THẾ Viện Cơ khí, Trường ĐHHH Tóm tắt: Bài báo tiến hành phân tích đáp ứng nhiên liệu động xăng sử dụng hệ thống phun xăng điện tử (EFI) điều kiện khai thác thực tế, phân tích thay đổi đáp ứng nhiên liệu động ô tô gặp phải số vấn đề kỹ thuật độ chân không hay cảm biến MAF bị bẩn Abstract: This article analyze the fuel adaptive of gasoline engine using electrical fuel injector system (EFI) in the real operational conditions, as well as analyzing the variation in fuel adaptive of engine once cars run down in technical problems such as Vacuum Leak or dirty MAF sensor Từ khóa: Hệ thống EFI động cơ, đáp ứng nhiên liệu động cơ, ECU học cách sử dụng nhiên liệu Trên mẫu xe ô tô đại ngày nay, hệ thống điều khiển phun nhiên liệu điện tử sử dụng phổ biến nhằm tiết kiệm tối đa nhiên liệu Nguyên lý làm việc hệ thống phun xăng điện tử có số điểm khác hãng xe Tuy nhiên, hầu hết dựa lý thuyết đáp ứng nhiên liệu động Việc nắm cách sâu sắc lý thuyết giúp ích nhiều công việc nghiên cứu chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động thực tế NGUYÊN LÝ CƠ BẢN VỀ ĐÁP ỨNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ Hai thông số quan trọng cần phải nhắc tới giá trị Long Term Fuel Trim (LTFT) Short Term Fuel Trim (STFT), hai thông số biểu thị cách định lượng mức độ đáp ứng nhiên liệu động Hai thông số ECU ghi nhận lại điều kiện làm việc khác động Thông tin LTFT lưu trữ tất điều kiện vòng quay thể vng hình 1, vng gọi Fuel Cell Trên đồ thị hình thấy, giá trị LTFT lại vòng quay chế độ tải động khác Ví dụ : Tại chế độ tải 10% động quay 800 rpm ta kí hiệu (10%, 800 rpm) LTFT = 15% Hình : Bản đồ đáp ứng nhiên liệu Tuy nhiên, giá trị áp suất khí nạp bầu khí nạp tăng lên cảm biến MAP phát hiện, giá trị áp suất đó, lại có đồ đáp ứng nhiên liệu tương tự hình 1, thể qua đồ thị hình Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 99 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Khi ta di chuyển xe, ta làm thay đổi liên tục trạng thái động ô Fuel Cell liên tiếp thay đổi xác lập lại Ta gọi cách ECU động học cách sử dụng nhiên liệu Việc hiểu ECU thiết lập giá trị LTFT ứng với điều kiện làm việc cụ thể giúp biết cách kiểm tra động trạng thái khác Ta xét ví dụ đồ thị Long Term Fuel Trim : Hình : Lưới đồ đáp ứng nhiên liệu Tai vòng quay 800 rpm giá trị LTFT = 15% ( giá trị LTFT lớn 25% báo hiệu có vấn đề việc sử dụng nhiên liệu động cơ, trị số LTFT cao tình trạng sử dụng nhiên liệu đơng kém) Tại vịng quay 2200 rpm giá trị LTFT lúc 0, đáp ứng nhiên liệu vòng quay cải thiện thơng tin LTFT vịng quay 2200 rpm chưa lưu giữ trước Phân tích ví dụ cụ thể cách ECU động học cách sử dụng nhiên liệu Giả sử động có đồ đáp ưng nhiên liệu Hình : Đồ thị thay đổi trị số LTFT vòng quay khác hình Sau thời gian hoạt động, ECU nhận thầy giá trị LTFT vòng quay 1600 rpm, chế độ 10% tải liên tục bị thay đổi thành 8%, lúc ECU điều khiển ghi lại thông số ô nhiên liệu (1600rpm, 10%) từ 5% thành 8% Hình : Bản đồ đáp ứng nhiên liệu ban đầu Nội san khoa học Viện Cơ khí Kéo theo thay đổi đồ thị LTFT hiển thị hình máy chẩn đốn thiêt bị có chức đo Oscilloscope, mơ tả rõ đồ thị hình Số 02 – 11/2016 100 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Hình : Sự thay đổi giá trị LTFT 10% tải PHÂN TÍCH THAY ĐỔI VỀ ĐÁP ỨNG NHIÊN LIỆU KHI ĐỘNG CƠ GẶP CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT 2.1 Trường hợp bầu góp khí nạp bị độ chân không ( Vacuum Leak) Thông số Cell nhiên liệu thay đỏi điều kiện nó, cảm biến Oxy phát tình trạng hỗn hợp nhiên liệu nghèo ECU đáp ứng lại tình trạng lập thức thơng qua Short Term Fuel Trim (STFT) thiết lập giá trị STFT từ 5% chuyển thành 8% phân tích Sau STFT thay đổi giá trị thành 8%, LTFT quan sát giá trị STFT LTFT thiết lập giá trị 8% STFT giữ nguyên giá trị 8% xác lập Quan sát đồ thị hình thấy ban đầu giá trị LTFT cao 20%, giá trị STFT 0% Sự tác động tượng áp suất chân không động khởi động làm việc vòng quay thấp lớn, áp khiến cho ECU hiểu có nhiều khí vào động thường lệ điều khiển tăng nhiên liệu để đảm bảo tỷ lệ hịa trộng khơng khí, nhiên liệu lý tưởng Nhưng rõ ràng lượng khơng khí không tăng lên, cảm biến Oxy lúc phát dư lượng nhiên liệu báo ECU đẩy cao giá trị LTFT lên tới 20% cảnh báo tình trạng sử dụng nhiên liệu khơng hiệu Tuy nhiên, động làm việc ổn định vòng quay cao, ảnh hưởng độ áp suất chân khơng, khơng cịn q lớn đó, giá trị LTFT tiến báo hiệu tình trạng sử dụng nhiên liệu động ổn định Một ví dụ khác, giả sử tất giá trị Fuel Cell đặt (hình 7) ( Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 Hình : Sự thay đổi STFT LTFT Hình : Fuel Cell sau Reset ECU Hình : Đáp ứng nhiên liệu LTFT quay lại trạng thái ban đầu 101 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 cách đặt lại giá trị, reset ECU) LTFT0 tiến (hình 8), nhiên ta chưa khắc phục tình trạng kỹ thuật hệ thống nên giá trị STFT cũ thiết lập lại giá trị chưa Reset LTFT1 2.2 Trường hợp cảm biến MAF bị bẩn Trong trường hợp cảm biến MAF bị bẩn, lượng khí vào bầu góp khí nạp khơng xác định, dẫn tới tình trạng hỗn hợp nhiên liệu bị nghèo Dẫn tới việc ECU điều khiển tăng lượng phun nhiên liệu Hình : Bản đồ đáp ứng nhiên liệu điều kiện MAF bị bẩn Để kiểm tra tình trạng này, ta thêm Propan vào đường ống nạp khí Trong điều kiện kiểm tra ta phải nhìn vào thơng số STFT thơng số thể đáp ứng hệ thống cách tức thời LTFT di ghi nhớ Fuel Cell đó, cần them thời gian để nhận biết thay đổi, khơng thể nhận thời gian ngắn ghi dần lại Fuel Cell (hình 10) Để ý tới hai trạng thái có Fuel Cell ( 40% tải), giải thích động đạt đến trạng thái này, khơng có thơng tin lưu Ví dụ : Trạng thái (3200rpm, 10% tải) trạng thái ta nhấn hết ga trạng thái khơng tải, người lái xe bình thường ta lái xe điều kiện vậy, thơng số Tuy nhiên, chẩn đốn ta đạt điều kiện Điều dẫn tới lạc hướng chẩn đốn, ta cho tăng tốc độ động cơ, giá trị LTFT giảm nguyên nhân độ chân không bầu nạp, để tránh vấn đề ta nhìn vào giá trị STFT biểu đồ hình 12 để chứng tỏ điều kiện chưa đạt xe cịn Hình 10 : LTFT STFT tình trạng MAF bị bẩn Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 102 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Hình 11 : Ví dụ đồ đáp ứng nhiên liệu số trạng thái chưa thiết lập Hình 12 : Bản đồ đáp ứng nhiên liệu tình TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] William L Husselbee, Automotive Computer Control Systems, Houghton Mifflin Harcourt P, USA, 2016 [2] Matt Cramer , Jerry Hoffmann, Performance Fuel Injection Systems, HP book, USA, 2016 Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 103 ... loại vỏ compozit Cấu tạo bình chịu áp Cơng nghệ quấn chế tạo bình chịu áp: Bình chịu áp compozit chế tạo công nghệ quấn Công nghệ quấn- cơng nghệ tạo hình kết cấu vỏ mỏng cách quấn căng sợi cốt... 20/11/2016 Công nghệ quấn Căn vào trạng thái cốt băng quấn chất lỏng hay dạng dẻo nhớt người ta chia thành hai phương pháp quấn: quấn ướt quấn khô Các sơ đồ quấn ướt quấn khô Quấn ướt: Tẩm vào cốt... Cấu tạo bình chịu áp Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 02 – 11/2016 95 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Các kết cấu vỏ trịn xoay làm từ compozit thường có cấu tạo gồm hai phần Phần chịu