Thị mài mòn chốt khuỷu

-Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ...) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục. Đồ thị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúng nguyên tắc

đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất. Áp suất bé làm cho dầu nhờn lưu động dễ dàng.

- Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây:

+Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n định mức;

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200;

+Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép. - Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tâm O, bán kính bất kì.

Chia vòng tròn này thành 24 phần bằng nhau, tức là chia theo 15o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của vòng tròn O với trục OZ (theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, ..., 23 lên vòng tròn.

+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, ..., 23 của vòng tròn O, ta kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thị phụ tải tại nhiều điểm, có bao nhiêu điểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó. Do đó ta có :

ΣQ' = Q'i0 + Q'i1 + ... + Q'in Trong đó:

+ i : Tại mọi điểm chia bất kì thứ i.

+0, 1, ..., n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại 1 điểm chia. - Lập bảng ghi kết quả Q’i - Tính Q itheo các dòng: = Q'0 + Q'1 + ... + ΣQ'23 - Chọn tỉ lệ xích: ΣQm = 2[ ( 2. )]

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0, 1,., 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.

- Vẽ các tia ứng với số lần chia.

- Lần lượt đặt các giá trị Q 0, Q 1, Q 2, …, Q 23 lên các tia tương ứng theo chiều từ

ngoài vào tâm vòng tròn. Nối các đầu mút lại ta có dạng đồ thị mài mòn chốt khuỷu.

- Các hợp lực Q 0, Q 1, Q 2, …, Q 23 được tính theo bảng sau :

Bảng 1.14: Bảng giá trị đồ thị mài mòn chốt khuỷu Lực 0.0 1.0 2.0 3.0 ∑Q'0 144.0 144.0 144.0 144.0 ∑Q'1 175.2 175.2 175.2 175.2 ∑Q'2 82.5 82.5 82.5 82.5 ∑Q'3 10.9 10.9 10.9 10.9 ∑Q'4 10.3 10.3 10.3 10.3 ∑Q'5 0.0 9.9 9.9 9.9 ∑Q'6 0.0 0.0 10.2 10.2 ∑Q'7 0.0 0.0 0.0 11.4 ∑Q'8 0.0 0.0 0.0 0.0 ∑Q'9 0.0 0.0 0.0 0.0 ∑Q'10 0.0 0.0 0.0 0.0 ∑Q'11 0.0 0.0 0.0 0.0 ∑Q'12 0.0 0.0 0.0 0.0 ∑Q'13 0.0 0.0 0.0 0.0 ∑Q'14 0.0 0.0 0.0 0.0 ∑Q'15 0.0 0.0 0.0 0.0 ∑Q'16 0.0 0.0 0.0 0.0 ∑Q'17 0.0 0.0 0.0 0.0

∑Q'18 0.0 0.0 0.0 0.0 ∑Q'19 0.0 0.0 0.0 0.0 ∑Q'20 26.5 0.0 0.0 0.0 ∑Q'21 32.2 32.2 0.0 0.0 ∑Q'22 62.1 62.1 62.1 0.0 ∑Q'23 143.7 143.7 143.7 143.7 ∑Q 687.3 670.7 648.6 597.9 ve 31.3 30.6 29.5 27.2

PHẦN 2 - PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO ( DIESEL WARTSILA 46F) :

2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL WARTSILA 46F:

-Wartsila 46F động cơ Diesel 4 kì, 6 xy lanh, được lắp thẳng hàng, không đảo chiều, tăng áp và làm mát liên động . Động cơ có công suất cực đại 7200 KW ở số vòng quay 600 (vòng/phút). Cơ cấu phân phối khí trục cam được lắp dưới hộp trục khuỷu, với 24 xupap, bao gồm 4 xupap cho mỗi xilanh. Hành trình piston 580 mm, đường kính xylanh 460 mm. Tốc độ trung bình của piston là 11,6 m/s.

Hình 2.2: Cấu tạo máy của WARTSILA 46F

-Hệ thống bên trong gồm 6 xi lanh, xupap nạp và thải,trục khuỷu và trục cam,các piston .

-Bên ngoài của máy bao gồm bánh đà ,hệ thống làm mát

-Wartsila 46F được sản xuất bằng gang đúc để đạt được kết cấu cứng và bền cần thiết để lắp linh hoạt và động cơ trong dòng được trang bị bộ thu khí tích hợp có tính năng tăng độ cứng , đơn giản và dễ làm sạch.

-Wartsila 46F được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của khách hàng , động cơ cung cấp cho khách hàng những điều cốt lõi giá trị :

+ Độ tin cậy thực sự

+Chi phí vận hành thấp và dễ bảo trì +Lượng khí thải thấp

Bảng 2.3 :Thông số kỹ thuật của WARTSILA 46F Thông số Nhiên liệu Công suất có ích Số vòng quay Đường kính xilanh Hành trình piston Số xilanh Số kỳ Hệ thống nhiên liệu Hệ thống bôi trơn Hệ thống làm mát Hệ thống nạp Hệ thống phân phối khí

2.1.Piston, thanh truyền : 2.1.1.Piston

Piston được đánh giá cao nổi bật với động cơ nhiện liệu nặng là một piston phức hợp cứng với đỉnh làm bằng thép và gờ bằng gang là một chi tiết quan trọng trong động cơ Wartsila 46F. Trong quá trình làm việc của động cơ, piston chịu lực rất lớn, nhiệt độ cao và ma sát mài mòn lớn. Do điều kiện làm việc như vậy nên vật liệu dùng để chế tạo piston có độ bền cao. Trên động cơ Wartsila 46F piston đảm bảo được những điều kiện :

+Piston ma sát thấp bằng composite

+Thiết kế đảm bảo làm mát hiệu quả và độ cứng cao cho đỉnh piston. Thiết kế có thể xử lý áp xuất đốt cháy vượt quá 200 bar.

+ Rảnh vòng trên cùng được làm cứng để đảm bảo tuổi thọ lâu dài.

+ Màng dầu được đảm bảo được phân phối tốt loại bỏ nguy cơ xước vòng piston và giảm tỷ lệ hao mòn.

+Vòng và rảnh sạch hơn không bị ăn mòn sản phẩm đốt cháy.

+Chuyển động nghiêng giảm xóc thủy lực được cung cấp bởi một lớp đệm giữa lót và piston, kết quả là ít tiếng ồn và hao mòn.

Hình 2.3: Kết cấu Piston của

- Đường kính piston:D = 460 (mm)

❖ Cấu tạo piston của động cơ Wartsila 46F

- Đỉnh piston: đỉnh lõm

- Thân piston có 3 rãnh xecmang gồm 2 xecmang khí và 1 xecmang dầu. Các xecmang được đo kích thước và định hình cho phù hợp với hiệu suất làm việc lâu dài.

2.1.2.Thanh truyền

Hình 2.5: Kết cấu thanh truyền của động cơ wartsila 46F

Tiết diện thanh truyền của động cơ Wartsila 46F có dạng chữ I .Thanh truyền hình chữ I vì có độ cứng vững lớn, bố trí vật liệu hợp lý. Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng và được lắp tự do với chốt piston. Đầu to thanh truyền được cắt thành hai nửa, phần trên nối liền trục với thân, phần dưới là nắp đầu to thanh truyền và lắp với nhau bằng bu lông thanh truyền.

Thanh truyền là chi tiết nối piston (hoặc guốc trượt của cán piston ) với trục khuỷu, nhằm truyền lực tác dụng trên piston cho trục khuỷu, làm quay trục khuỷu.

Vật liệu chế tạo thanh truyền thường là thép cacbon và thép hợp kim tùy thuộc vào động cơ.

Thiết kế ba mảng giúp kiểm tra mà không cần tháo piston và cũng giúp giảm chiều cao của piston

Tất cả các đai ốc trong thanh truyền của động cơ Wartsila 46F được siết chặt bằng công cụ thủy lực

2.2. Trục Khủyu trục cam và bánh răng van và bánh đà: 2.3.Trục Khuỷu động cơ:

Những tiến bộ mới nhất trong quá trình đốt cháy đòi hỏi một bánh răng quay tay có thể hoạt động đáng tin cậy ở xilanh cao áp lực. Trục khuỷu phải mạnh mẽ và cụ thể chịu tải được giữ ở mức an toàn . Điều này đạt được bởi sự tối ưu hóa kích thước trục quay

Thiết kế trục khuỷu cho phép sử dụng áp suất đốt cháy cao và vẫn duy trì chịu tải trọng bảo toàn

Trục khuỷu :

+ Được rèn trong một mảnh và gia công đầy đủ +Cứng nhắc do tỷ lệ lỗ khoan

+ Được trang bị đối trọng , ví trí của từng đối trọng được tối ưu hóa để giữ thăng bằng . Đối trọng của trục khuỷu có tác dụng cân bằng các lực moomen quán tính không cân bằng không cân bằng của động cơ . Nó còn có tác dụng giảm tải cho ổ trục và là nơi khoan bớt khối lượng thừa khi cân bằng trục khuỷu

2.4.Trục cam và bánh răng van

Trục cam được chế tạo từ các phần trụ đơn với các cam tích hợp.

Các phần trục cam được kết nối thông qua các ổ trục riêng biệt,điều này làm cho nó có thể loại bỏ các phần trục sang một bên khỏi ngăn trục cam. Bộ theo dõi van thuộc loại con lăn, trong đó biên dạng con lăn là hơi lồi để phân phối tải tốt.

Cơ chế van bao gồm các cánh tay rocker hoạt động trên các nan được Cả van xả và van đầu vào đều nhận được chuyển động quay cưỡng bức từ Rotocaps trong mọi chu kỳ mở cửa. Vòng quay cưỡng bức này cung cấp cho phân bố nhiệt độ và độ mòn của van, và giữ kín bề mặt không bị đóng cặn. Dẫn nhiệt tốt là kết quả.

2.5.Bánh Đà:

- Bánh đà lắp ở đuôi trục khuỷu có công dụng tích trữ năng lượng làm cho trục khuỷu quay đều. Ngoài công dụng chính là làm cho trục khuỷu quay đều, bánh đà còn là nơI lắp các chi tiết của cơ cấu khởi động như vành răng khởi động.

-Bánh đà của động cơ mô tô, xe máy còn có công dụng như: một phần của máy phát điện (vô lăng ma nhê tíc), một phần của quạt gió hay một phần của cơ cấu cam ngắt mạch điện …

Hình 2.8: Bánh Đà

-Cấu tạo chung của bánh đà có dạng hình tròn, khối lượng tập trung nhiều ở vành ngoài. Trên bánh đà thường có lỗ côn để lắp vào trục khuỷu và rãnh then định vị, có dấu chỉ vị trí của pitông số một ở điểm chết trên (động cơ nhiều xi lanh), góc phun hay đánh lửa sớm.

- Trong quá trình động cơ làm việc, bánh đà chịu tác dụng của lực quán tính ly tâm, lực ma sát với đĩa mát bộ ly hợp hoặc va đập của vành răng khởi động…

-Bánh đà của động cơ tốc độ thấp thường được chế tạo bằng gang xám hoặc hợp kim nhôm., còn các động cơ tốc độ cao thường dùng thép ít các bon.

- Thông thường sau khi chế tạo, bánh đà và trục khuỷu được lắp ghép với nhau rồi cân bằng động. Giữa trục khuỷu và bánh đà đều có kết cấu định vị để đảm bảo vị trí tương quan không thay đổi.

2.6. Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát nước ngọt được chia thành hệ thống làm mát nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp.

Hệ thống nước làm mát nhiệt độ cao hoạt động liên tục ở mức nhiệt độ cao để làm cho dao động nhiệt độ trong các thành phần xi lanh càng nhỏ càng tốt và ngăn ngừa ăn mòn do làm mát kém.

Để thu hồi nhiệt tối đa, bộ làm mát không khí nạp được chia thành phần nhiệt độ cao và thấp.

Máy bơm điều khiển động cơ có thể được cung cấp như một tùy chọn cho các ứng dụng hàng hải.

Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ wartsila 46F

2.7. Hệ thống dầu bôi trơn :

Động cơ có sẵn với một bộ tích hợp hoàn chỉnh hệ thống dầu bôi trơn hoặc với bơm dầu bôi trơn, bộ lọc dầu bôi trơn và bộ làm mát dầu bôi trơn được

lắp đặt riêng trong buồng máy. Bể chứa dầu thuộc loại khô, tức là dầu hệ thống riêng biệt bể chứa là cần thiết.

Hệ thống dầu bôi trơn tích hợp bao gồm:

-Bơm dầu bôi trơn chính điều khiển động cơ (loại trục vít) với van an toàn tích hợp.

-Van điều chỉnh áp suất giữ áp suất trước các ổ trục chính ở mức không đổi. -Mô-đun dầu bôi trơn bao gồm bộ làm mát dầu bôi trơn, đầy đủ bộ lọc tự

động dòng chảy và van điều nhiệt.

-Bộ lọc chạy trong đặc biệt trước mỗi ổ trục chính, đường trục cam và bộ tăng áp.

-Bộ lọc ly tâm cho chỉ báo chất lượng dầu bôi trơn

-Trên động cơ nội tuyến, mô-đun dầu bôi trơn luôn là nằm ở đầu đối diện với bộ tăng áp.

-Việc lọc dầu bôi trơn dựa trên cơ chế tự động bộ lọc xả ngược. Điều này yêu cầu tối thiểu bảo trì và không cần hộp mực lọc dùng một lần -Kết nối cho các phụ trợ dự phòng.

Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống bôi trơn của động cơ wartsila 46F

Nguyên lý làm việc:

-Dầu nhờn chứa trong cácte được bơm dầu hút qua phao lọc từ đáy máy đưa tới bầu lọc, tại đây các tạp chất được lọc sạch, sau đó dầu vào đường dầu chính ở thân máy đến bôi trơn ổ trục chính của trục khuỷu. Một phần dầu từ các ổ đỡ chính chảy qua các lổ dầu được khoan bên trong trục khuỷu đến các

ổ đỡ thanh truyền. Phần dầu này tiếp tục chảy qua khe dầu của thanh truyền, sau đó được phun vào các bộ phận truyền động, bôi trơn piston, xilanh...Đồng thời từ đường dầu chính , dầu còn theo rảnh dầu đến bôi trơn các ổ đỡ trục cam và theo rảnh dầu đi bôi trơn các chi tiết truyền động xupáp. Sau khi thực hiện một vòng tuần hoàn như thế dầu sẽ rơi trở về cácte.

Hình 2.9: Hình ảnh hệ thống nhiên liệu của động cơ wartsila 46F

Các đường ống của hệ thống nhiên liệu và các bộ phận chính được đặt trong Hộp nóng mang lại sự an toàn tối đa ở nhiệt độ trước khi gia nhiệt cao.

Các ống dẫn nhiên liệu bên ngoài Hộp nóng cũng được che chắn cẩn thận.

Hệ thống được thiết kế để tạo xung áp suất tối thiểu.

Nhiên liệu rò rỉ từ đường ống, van phun và máy bơm được thu gom trong một hệ thống đường ống kín, giúp Hộp nóng và động cơ luôn khô ráo và sạch sẽ.

Hình 2.10: Hệ thống tăng áp

Wärtsilä 46 được cung cấp hệ thống Spex (Ống xả đơn) và bộ tăng áp hiệu suất cao.

Hệ thống tăng áp Spex là một hệ thống khí xả kết hợp ưu điểm của cả nạp xung và áp suất không đổi.

So với hệ thống áp suất không đổi, hiệu ứng phun ra của các xung khí sẽ mang lại hiệu suất tuabin tốt hơn ở tải từng phần.

Hệ thống Spex thực tế không bị nhiễu. Điều này có nghĩa là những sai lệch rất nhỏ trong việc thu gom giữa các xi lanh và do đó nhiệt độ khí thải đồng đều.

Trong quá trình làm việc mặt nấm của xupap chịu tác động của phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn , đặc biệt là xupap tải thường dễ bị quá nóng và bị dòng khí ăn mòn . Vật liệu để làm xupap thường dùng là các loại thép hợp kim 40X hoặc 40XH . Đối với động cơ wartsila 46F có lớp mạ crom trên thân xupap và đĩa xupap bọc thép phủ đá.

Cơ cấu phân phối khí trong thân máy của động cơ wartsila 46F gồm các chi tiết :

- Trục cam, con đội, đũa đẩy, cò mổ, xupap, ống hẫn hướng xupap, …

Hình 2.15: Mặt cát hình chiếu cạnh của cơ cấu phân phối khí

Nguyên lý làm việc : Khi động cơ làm việc trục khuỷu dẫn động trục cam quay , khi vấu cam tác động vào con đội, đũa đẩy đi lên tác động vào cò mổ làm cò mổ quay đẩy xupap đi xuống thực hiện quá trình nạp hoặc thải khí . Lúc này lò xò xupap bị nén lại

Khi cam tiếp tục quay qua ví trí tác động thì lò xo xupap đóng kín lại vào bệ đỡ , cò mổ, con đội trở về ví trí ba đầu , xupap đóng