Đề tài Nguyên lý làm việc của hệ thống bôi trơn, kiểm nghiệm các chi tiết của hệ thống

§å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 30 Lêi nãi ®Çu Ngμy nay ngμnh ®éng c¬ ®èt trong vÉn chiÕm mét vÞ trÝ v« cïng quan träng vμ kh¼ng ®Þnh ®−îc −u thÕ cña m×nh. §ã lμ thiÕt bÞ ®éng lùc chñ yÕu ®−îc sö dông réng r·i trong mäi lÜnh vùc nh− giao th«ng vËn t¶i, n«ng nghiÖp, c«ng nghiÖp… §éng c¬ ®èt trong sö dông ®−îc nh÷ng ®iÒu kiÖn khÝ hËu kh¸c nhau, nh− vïng nhiÖt ®íi nãng Èm, vïng Cùc B¾c. Tæng c«ng suÊt cña c¸c ®éng c¬ ®èt trong chiÕm kho¶ng 95% c«ng suÊt c¸c thiÕt bÞ. Kü thuËt sö dông vμ thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®éng c¬ ®èt trong ®ang trªn ®μ ph¸t triÓn. ë n−íc ta tr−íc C¸ch m¹ng Th¸ng T¸m c¬ së vËt chÊt cña c¸c ngμnh chÕ t¹o c¬ khÝ hÇu nh− kh«ng cã g×, ngμnh ®éng c¬ ®èt trong hÇu nh− chØ bã hÑp trong ph¹m vi söa ch÷a, thay thÕ vμ sö dông b¶o d−ìng, trªn kh¾p n−íc ta kh«ng cã mét Nhμ m¸y nμo cã kh¶ n¨ng s¶n xuÊt phô tïng chÝnh cña ®éng c¬. Nh−ng chØ sau 20 n¨m tõ ngμy C¸ch m¹ng Th¸ng T¸m thμnh c«ng ®Õn nay ngμnh ®éng c¬ ®èt trong ë n−íc ta ®· ph¸t triÓn, c¸c Nhμ m¸y söa ch÷a « t«, m¸y kÐo cña n−íc ta ®· chÕ t¹o ®−îc c¸c phô tïng thay thÕ nh− Nhμ m¸y c¬ khÝ TrÇn H−ng §¹o ®· s¶n xuÊt hμng lo¹t c¸c ®éng c¬ Diezel 2-20; 4-40 vμ ®Æc biÖt lμ n¨m 1962 kÕt hîp víi Tr−êng §¹i Häc B¸ch Khoa Hμ Néi cïng víi c¸c XÝ nghiÖp kh¸c Nhμ m¸y C¬ khÝ TrÇn H−ug §¹o ®· chÕ t¹o thμnh c«ng chiÕc m¸y kÐo “Th¸ng T¸m”. HiÖn nay cã rÊt nhiÒu Nhμ m¸y c¬ khÝ chÕ t¹o phô tïng ®éng c¬ ®èt trong, phô tïng «t« m¸y kÐo nh− Nhμ m¸y ChÕ t¹o phô tïng «t« sè 1, Nhμ m¸y chÕ t¹o ®éng c¬ Diezel S«ng C«ng - Th¸i Nguyªn. MÆt kh¸c n−íc ta vÉn nhËp vμ sö dông nhiÒu ®éng c¬ ®èt trong, «t«, m¸y kÐo cña n−íc ngoμi. §iÒu ®ã ®ßi hái ng−êi c¸n bé kü thuËt ph¶i biÕt nh÷ng kÕt hîp khoa häc tiªn tiÕn ®Ó gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò x¶y ra trong thùc tÕ s¶n xuÊt. §éng c¬ ЯM3 - 240 ®−îc chÕ t¹o t¹i Liªn X« vμ ®−îc l¾p trªn xe Benlaz nhËp vμo n−íc ta tõ l©u. §éng c¬ cã 12 xilanh dïng nhiªn liÖu lμ Diezel víi c«ng suÊt lμ 360 m· lùc, cã hÖ thèng lμm m¸t b»ng n−íc c−ìng bøc mét vßng tuÇn hoμn kÝn. §Ó ®¸p øng ®−îc yªu cÇu mμ ®éng c¬ ЯM3-240 ®−îc thiÕt kÕ l¾p trªn xe «t« vËn t¶i cì lín phôc vô trªn má víi hÖ thèng lμm m¸t b»ng n−íc c−ìng bøc mét vßng tuÇn hoμn kÝn lμ thÝch øng vμ hîp lý cho ®éng c¬. Trong khi ®ã ®Ó t×m hiÓu hÖ thèng lμm m¸t vμ tÝnh to¸n xem c¸c chi tiÕt trong hÖ thèng lμm §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 31 m¸t khi lμm viÖc cã kh¶ n¨ng æn ®Þnh, tuæi thä c¸c chi tiÕt trong ®éng c¬ cã cao kh«ng. XuÊt ph¸t tõ thùc tÕ ®ã em ®−îc giao ®Ò tμi “T×m hiÓu nguyªn lý lμm viÖc cña hÖ thèng b«i tr¬n, c©n b»ng nhiÖt, tÝnh to¸n kiÓm nghiÖm c¸c chi tiÕt trong hÖ thèng b«i tr¬n cña ®éng c¬ ЯM3-240”. §Ò tμi bao gåm c¸c néi dung chÝnh sau: PhÇn I: Giíi thiÖu chung vÒ ®Æc tÝnh kü thuËt xe Benlaz 540 vμ ®éng c¬ ЯM3-240. PhÇn II: TÝnh to¸n chu tr×nh c«ng t¸c cña ®éng c¬ ЯM3-240. PhÇn III: CÊu t¹o vμ nguyªn lý lμm viÖc cña hÖ thèng vμ cña tõng bé phËn cña b«i tr¬n ®éng c¬. PhÇn IV: TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm hÖ thèng b«i tr¬n æ trôc b¬m dÇu, läc dÇu thÊm, läc ly t©m, kÐt m¸t dÇu. PhÇn V: Quy tr×nh vμ c¸c th«ng sè kü thuËt söa ch÷a hÖ thèng b«i tr¬n khi ®¹i tu « t«. PhÇn VI: ThiÕt kÕ thiÕt bÞ kiÓm tra bÇu läc dÇu sau söa ch÷a. Víi sù gióp ®ì chØ b¶o tËn t×nh cña PGS.TS Ph¹m Minh TuÊn ®· dÉn d¾t em tõng b−íc trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n vμ sù gióp ®ì nhiÖt t×nh cña c¸c ThÇy, C« trong Bé m«n §éng c¬ ®èt trong cïng c¸c b¹n ®ång nghiÖp ®Ó em hoμn thμnh tèt nhiÖm vô ®−îc giao. V× thêi gian cã h¹n, tr×nh ®é cßn h¹n chÕ vμ lÇn ®Çu tiªn em ®−îc giao nhiÖm vô lín nμy cho nªn kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt, em mong c¸c ThÇy, C« cïng toμn thÓ c¸c b¹n ®ång nghiÖp chØ b¶o vμ ®ãng gãp ch©n thμnh ®Ó em cã kiÕn thøc v÷ng phôc vô trong c«ng t¸c sau nμy. Mét lÇn n÷a em xin ch©n thμnh c¶m ¬n PGS.TS Ph¹m Minh TuÊn cïng c¸c ThÇy, C« gi¸o bé m«n ®· tËn t×nh chØ b¶o ®Ó em hoμn thμnh tèt ®å ¸n cña m×nh. CÈm Ph¶, ngμy th¸ng 06 n¨m 2009 Sinh viªn thùc hiÖn Hoµng TiÕn HiÖp §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 32 PhÇn 2 tÝnh to¸n nhiÖt ®éng häc vμ ®éng lùc häc ®éng c¬ A. C¸c th«ng sè kü thuËt ®éng c¬ ЯМ3 240: 1. §éng c¬ ЯМ3 240 lμ ®éng c¬ Diezel 4 kú kh«ng t¨ng ¸p. 2. C«ng suÊt ®éng c¬: Ne = 360 m· lùc = 264,78 (kW) 3. Sè vßng quay trôc khuûu: n = 2100 (vßng/ph) 4. §−êng kÝnh xilanh: D = 130 (mm) 5. Hμnh tr×nh piston: S = 140 (mm) 6. Sè l−îng xilanh: i = 12 7. Tû sè nÐn: ε = 16,5 8. Thø tù lμm viÖc c¸c xilanh: 1-12-5-8-3-10-6-7-2-11-4-9 9. SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu: ge = 175 (g/ml.h) 10. Gãc phun sím: θ = 220 11. Gãc më sím xu p¸p n¹p: ϕ1 = 200 12. Gãc ®ãng muén xu p¸p n¹p: ϕ2 = 560 13. Gãc më sím xu p¸p th¶i: ϕ3 = 560 14. Gãc ®ãng muén xu p¸p th¶i: ϕ4 = 200 15. ChiÒu dμi thanh truyÒn: l = 280 (mm) 16. Khèi l−îng nhãm piston: mpt = 2,780 (kg) 17. Khèi l−îng nhãm thanh truyÒn: Mtt = 4,520 (kg) §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 33 B. TÝnh to¸n nhiÖt ®éng häc vμ ®éng lùc häc Ch−¬ng I: TÝnh to¸n nhiÖt I. C¸c th«ng sè cÇn chän: X¸c ®Þnh vËn tèc tr−ît piston: 30 .nSCm = Trong ®ã: S: hμnh tr×nh piston; S = 140 mm = 0,14 m n: sè vßng quay trôc khuûu; n = 2100 vßng/ph VËy )/(8,9 30 2100.14,0 30 . smnSCm === Víi Cm = 9,8 m/s ≥ 6,5 m/s §éng c¬ ЯМ3 240 lμ ®éng c¬ cao tèc. 1. ¸p suÊt m«i tr−êng p0: Lμ ¸p suÊt khÝ quyÓn tr−íc khi n¹p vμo ®éng c¬, p0 thay ®æi theo ®é cao, ë n−íc ta cã thÓ chän: p0 = 0,1 (MPa) 2. NhiÖt ®é m«i tr−êng: T0 Lùa chän nhiÖt ®é theo nhiÖt ®é trung b×nh c¶ n¨m. N−íc ta cã thÓ chän: T0 = 24 0C = 2970 K 3. ¸p suÊt cuèi qu¸ tr×nh n¹p: Pa ¸p suÊt Pa phô thuéc vμo rÊt nhiÒu yÕu tè: th«ng sè chñng lo¹i ®éng c¬, tÝnh n¨ng tèc ®é, ®−êng n¹p, tiªt diÖn l−u th«ng,… §èi víi ®éng c¬ kh«ng t¨ng ¸p: Pa = (0,8 ÷ 0,9)P0 Chän Pa = 0,88 P0 = 0,088 (MPa) 4. ¸p suÊt khÝ th¶i: Pr §èi víi ®éng c¬ cã tèc ®é thÊp cã thÓ chän Pr trong ph¹m vi: Pr = (1,03 ÷ 1,06)P0 Ta chän: Pr = 1,10 P0 = 1,10 . 0,1 = 0,110 (MPa) 5. NhiÖt ®é khÝ th¶i: Tr §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 34 §èi víi ®éng c¬ Diezel: Tr = (700 ÷ 900)K Chän Tr = 800K ChØ sè gi·n në ®a biÕn trung b×nh cña khÝ sãt m = 1,5 6. HÖ sè n¹p thªm: λ1 Phô thuéc chñ yÕu vμo pha phèi khÝ, th−êng chän trong kho¶ng: λ1 = 1,02 ÷ 1,07 Ta chän: λ1 = 1,02 7. HÖ sè hiÖu ®Ýnh ®å thÞ c«ng: λt Tû nhiÖt cña m«i chÊt c«ng t¸c thay ®æi rÊt phøc t¹p nªn ta th−êng ph¶i c¨n cø vμo hÖ sè d− l−îng kh«ng khÝ λ ®Ó hiÖu ®Ýnh víi ®éng c¬ Diezel cã λ1 = 1,2 ÷ 1,8 VËy chän: λt = 1,1 8. HÖ sè quyÕt buång ch¸y: λ2 Víi ®éng c¬ kh«ng t¨ng ¸p: λt = 1 9. Møc ®é sÊy nãng m«i chÊt: ΔT Chñ yÕu phô thuéc vμo qu¸ tr×nh h×nh thμnh khÝ hçn hîp bªn ngoμi hay bªn trong xilanh: Víi ®éng c¬ Diezel: ΔT = 20K ÷ 40K Víi ®éng c¬ ЯМ3 240 chän: ΔT = 30K 10. HÖ sè lîi dông nhiÖt t¹i ®iÓm Z: ξZ ThÓ hiÖn l−îng nhiÖt ph¸t ra cña nhiªn liÖu dïng ®Ó sinh c«ng vμ t¨ng néi n¨ng ë ®iÓm Z, víi l−îng nhiÖt ph¸t ra khi ®èt ch¸y hoμn toμn 1kg nhiªn liÖu. Do ®ã ξZ phô thuéc vμo chu tr×nh c«ng t¸c cña ®éng c¬. §éng c¬ Diezel cã ξZ = 0,65 ÷ 0,85 Ta chän: ξZ = 0,83 11. HÖ sè lîi dông nhiÖt t¹i ®iÓm b: ξb M«i chÊt ®−îc nh©n nhiÖt lªn ξb bao giê còng lín h¬n ξZ Th«ng th−êng víi ®éng c¬ Diezel: ξb = 0,8 ÷ 0,9 Chän ξb = 0,86 §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 35 12. HÖ sè hiÖu ®Ýnh ®å thÞ c«ng ϕd ThÓ hiÖn sù sai lÖch khi tÝnh to¸n lý thuyÕt chu tr×nh c«ng t¸c cña ®éng c¬ víi chu tr×nh c«ng t¸c thùc tÕ do ®ã kh«ng xÐt ®Õn pha phèi khÝ, tæn thÊt l−u ®éng cña dßng khÝ, thêi gian ch¸y vμ ®é t¨ng ¸p suÊt…Sù sai lÖch gi÷a chu tr×nh thùc tÕ vμ chu tr×nh lý thuyÕt cña ®éng c¬ Diezel lín h¬n ®éng c¬ x¨ng v× thÕ hÖ sè ϕd cña ®éng c¬ Diezel th−êng chän trÞ sè nhá, trong kho¶ng ÷ 0,97. Ta chän: ϕd = 0,954 13. NhiÖt trÞ thÊp cña nhiªn liÖu: Qn Qn = 42.500 (KJ/Kg) II. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh c«ng t¸c cña ®éng c¬: 1. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh n¹p: 1.1. HÖ sè khÝ sãt: γr m a r t a r r r P P P P T TT 1 2.1 02 . 1..)( ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛− Δ+= λλελ λγ Trong ®ã m lμ chØ sè gi·n në ®a biÕn trung b×nh: m = 1,5 033,0 088,0 11,0.1.1,102,1.5,16 1. 088,0 11,0. 800 )30297(1 5,1 1 = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛− +=rγ 1.2. NhiÖt ®é cuèi qu¸ tr×nh n¹p: Ta KT P P TTT T a r m m r a rrt a 342 033,01 11,0 088,0.800.033,0.1,130297 1 ... 5,1 15,1 1 0 =+ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛++ = + ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛+Δ+ = − − γ γλ Víi ®éng c¬ kh«ng t¨ng ¸p Ta = (310 ÷ 350)K. VËy kÕt qu¶ trªn lμ phï hîp. 1.3. HÖ sè n¹p: ηv §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 36 ( )( ) ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−Δ+−= m a r t a v P P P P TT T 1 2.1 00 0 .. 1 λλελεη ( )( ) 802,0 088,0 11,0.1.1,102,1.5,16 11,0 088,0. 3029715,16 297 5,1 1 = ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−+−= v v η η 1.4. L−îng khÝ n¹p míi: M1 kee vk TPg PM .. ..10.432 3 1 η= Trong ®ã: inV N P h e e .. ..30 τ= 3 22 857,1 4 4,1.3,1.14,3 4 .. dmSDVh === π Ne = 360 m· lùc = 265 kW. )(93,237 7355,0 175 kWge == VËy MPamMNPe 679,0)/(679,012.2100.857,1 4.265.30 2 === 723,0 297.679,0.93,237 802,0.1,0.10.432 3 1 ==M (Kmol/kg.nl) 1.5. L−îng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt ®Ó ®èt ch¸y 1 kg nhiªn liÖu. ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+= 32 0 41221,0 1 0 HCM Nhiªn liÖu ®éng c¬ Diezel: 1 kg nhiªn liÖu cã: C = 0,87; H = 0,126; 0 = 0,004 496,0 32 004,0 4 126.0 12 87.0 21,0 1 0 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=M (Kmol/kg.nl) 1.6. HÖ sè d− l−îng kh«ng khÝ: α 457,1 496,0 723,0 0 1 === M Mα §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 37 2. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh. 2.1. TÝnh tû nhiÖt: 2.1.1. Tû nhiÖt mol ®¼ng tÝch trung b×nh cña kh«ng khÝ TmCv 00209,0806,19 += (kJ/kmol.®é) 2.1.2. Tû nhiÖt mol trung b×nh cña s¶n vËt ch¸y: TmC T TmC v v 00278,099,20 10. 457,1 36,18786,427 2 1 457,1 634,1876,19 10.36,18786,427 2 1634,1876,19 " 5 5" += ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +++= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +++= − − αα 2.1.3. Tû nhiÖt mol ®¼ng tÝch trung b×nh cña s¶n vËt ch¸y: ( ) ( ) )./(00211,0844,19 033,01 00278,099,20.033,000209,0806,19 1 . ' ' ' ' dékmolkJTmC TTmC mCmCmC v v r vrv v += + +++= + += λ λ 2.2. ChØ sè nÐn ®a biÕn trung b×nh: n1 ChØ sè nÐn ®a biÕn trung b×nh phô thuéc rÊt nhiÒu vμo th«ng sè kÕt cÊu vμ th«ng sè vËn hμnh nh− kÝch th−íc xilanh, lo¹i buång ch¸y… Tuy nhiªn n1 l¹i t¨ng gi¶m theo quy luËt: tÊt c¶ c¸c nh©n tè lμm cho mçi chÊt mÊt nhiÖt sÏ lμm chØ sè n1 gi¶m. Gi¶ thiÕt qu¸ tr×nh nÐn lμ ®o¶n nhiÖt, ta cã thÓ x¸c ®Þnh n1 nh− sau: ( )1.. 2 314,81 1 ' ' ++ =− −n a v v T b a n ε Th«ng th−êng: n1 = 1,36 ÷ 1,37 Trong ®ã: 5,16 3,342 00211,0 2 838,19 ' ' = = = = ε KT b a a v v Chän s¬ bé n1 = 1,368 thay vμo ta cã: §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 38 ( ) VPVT v = = ++=− − 368,0368,0 15,16.3,342.00211,0838,19 314,81368,1 1368,1' VËy chän n1 = 1,368 lμ ®−îc 2.3. ¸p suÊt cuèi qu¸ tr×nh nÐn: pc Pc = Pa.εn1 = 0,088.16,51,368 = 4,074 Mpa 2.4. NhiÖt ®é cuèi qu¸ tr×nh nÐn: Tc = Ta .εn1-1 = 342,3. 16,51,368-1 = 959 K 2.5. L−îng m«i chÊt cuèi qu¸ tr×nh nÐn: Mc Mc = M1 + Mr = M1 (1 + γr) Mc = 0,723 (1 + 0,033) = 0,767 (kmol/kg.nl) 3. TÝnh to¸n qu¸ tr×nh ch¸y: 3.1. HÖ sè thay ®æi phÇn tö lý thuyÕt: β0 044,1 496,0.457,1 32 004,0 4 126,0 1 . 32 0 41 0 0 = + += + += M H αβ 3.2. HÖ sè thay ®æi phÇn tö thùc tÕ: β 042,1 033,01 033,0044,1 1 0 =+ +=+ += r r γ γββ 3.3. HÖ sè thay ®æi phÇn tö thùc tÕ t¹i ®iÓm Z 041,196,0. 033,01 1044,11 96,0 86,0 83,0 . 1 1 1 0 =+ −+= === + −+= Z b Z Z Z r Z X X β ξ ξ γ ββ 3.4. L−îng s¶n vËt ch¸y: M2 = M1 + ΔM = β0.M1 = 1,004.0,723 = 0,755 (kmol/kg.nl) 3.5. NhiÖt ®é t¹i ®iÓm Z: TÝnh TZ b»ng c¸ch gi¶i ph−¬ng tr×nh ch¸y cña ®éng c¬. §èi víi ®éng c¬ Diezel ta cã: §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 39 ( ) (*)...314,8)1( . "'1 ZpZZcvrHZ TmCTmCM Q βλγξ =+++ 86,21959.00211,0838,19.. 2 ' '' =+=+= cvvv TbamC (kJ/kmol.®é) 314,8'" += vpz mCmC (kJ/kmol.®é) "pzmC lμ tû nhiÖt mol ®¼ng tÝch trung b×nh cña s¶n vËt ch¸y t¹i Z X¸c ®Þnh tû nhiÖt mol ®¼ng tÝch trung b×nh t¹i ®iÓm Z: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) Zvz ZZ vz Z r Z vZ r Zv vz TmC TT mC XX mCXXmC mC 00276,0956,20 96,01 044,1 033,096,0.044,1 00209,0802,1996,01 044,1 033,096,000278,099,20.044,1 ** 1. 1. " " 0 0 ' 0 " 0 " += −+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + +−+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++ = −+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + −+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + = β γβ β γβ VËy Zvzpz TmCmC 00276,027,29314,8 "" +=+= Chän hÖ sè t¨ng ¸p suÊt λ = 1,5 Thay tÊt c¶ vμo ph−¬ng tr×nh (*) ta ®−îc: ( ) ( ) ( ) 077,8054946,3000287,0 00276,027,29041,15,1.341,886,21 033,01.723,0 10.5,42.83,0 2 3 =−+↔ +=+++ ZZ ZZ TT TT Gi¶i ph−¬ng tr×nh ®−îc: TZ = 2192 K §èi víi ®éng c¬ Diezel cã TZ = (1800 ÷ 2200)K VËy TZ = 2192 K lμ phï hîp. Víi TZ = 2192 K -> ta cã tû sè t¨ng ¸p suÊt. λ = 1,55 3.6. ¸p suÊt t¹i ®iÓm Z: PZ = λ.Pc = 1,55 . 4,074 = 6,314 (MPa) 4. Qu¸ tr×nh gi·n në: 4.1. Tû sè gi·n në ban ®Çu: §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 40 535,1 55,1 1. 959 2192.041,11.. === λβρ c Z Z T T 4.2. Tû sè gi·n në sau: 479,10 535,1 5,16 === ρ εδ 4.3. ChØ sè gi·n në ®a biÕn trung b×nh: ( ) ( ) ( )*** . 2.).1( ).( 314,81 " " 1 2 bZ vz vz bZr HbZ TTba TTM Q n +++−+ −=− βγ ξξ Trong ®ã: 12−= nZb TT δ : nhiÖt ®é t¹i ®iÓm B (K) 00276,0 2 956,20 '" " = = vz vz b a Chän s¬ bé n2 = 1,26 thay vμo (***) ta cã: ( ) ( ) ( ) 26,026,0 5,16 11.00276,0956,20 11822192042,1.033,01723,0 10.5,42.83,086,0 314,8126,1 26,0 3 = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +++−+ −=− VËy chän n2 = 1,26 lμ phï hîp. KTT n Z b 11825,16 2192 26,012 === −δ 4.4. ¸p suÊt qu¸ tr×nh gi·n në: 317,0 497,10 314,6 26,12 === nZb PP δ 4.5. KiÓm tra nhiÖt ®é khÝ th¶i: K P PTT m m b r brtrinh 831 317,0 11,0.1182 5,1 5,01 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= − KiÓm tra: %71,3%100. 831 800831 %100.)( =−=−=Δ r chonrr r T TT T -> ΔTr ≤ 15% tho¶ m·n rT VËy chän rT trªn lμ ®óng. §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 41 III. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña chu tr×nh c«ng t¸c: 1. ¸p suÊt chØ thÞ trung b×nh lý thuyÕt: 'iP )(11 1 111 1 .. 1 . 1 1 1 2 1 ' 12 1 MPa nn MPP nn n a i ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−+−= −−− εδ ρλ ε ε ρ )(866,0 5,16 11 1368,1 1 479,10 11 126,1 535,1.55,155,1. 15,16 5,16.088,0 ' 1368,1126,1)1535,1( 368,1 ' MPaP P i i = ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−+−= −−− 2. ¸p suÊt chØ thÞ trung b×nh thùc tÕ : iP Pi = diP ϕ.' = 0,866 . 0,954 = 0,826 (MPa) Trong ®ã: ϕd lμ hÖ sè hiÖu ®Ýnh ®å thÞ c«ng ®−îc chän theo tÝnh n¨ng vμ chñng lo¹i ®éng c¬. 3. SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu chØ thÞ: gi )./(195 297.826,0.723,0 802,0.1,0.10.432 .. ..10.432 3 00 0 3 hkwgg TPM pg i i v i == = η 4. HiÖu suÊt chØ thÞ: ηi 434,0 5,42.195 10.6,3 . 10.6,3 33 === Hi i Qg η 5. ¸p suÊt tæn thÊt c¬ giíi trung b×nh: Pm ¸p suÊt nμy ®−îc biÓu diÔn b»ng quan hÖ tuyÕn tÝnh víi tèc ®é trung b×nh cña piston. §èi víi ®éng c¬ Diezel: Pm = A + B . Cm = 0,03 + 0,012 . 9,8 = 0,1476 (MPa) 6. ¸p suÊt cã Ých trung b×nh: Pe Pe = Pi - Pm = 0,826 - 0,1476 = 0,6784 (MPa) 7. HiÖu suÊt c¬ giíi: ηm 8205,0 8227,0 6751,0 === i e m P Pη 8. SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých: ge §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 42 )./(238 8205,0 195 hkwggg m i e === η 9. HiÖu suÊt cã Ých: ηe 3561,08205,0.432,0. === mie ηηη 10. KiÓm nghiÖm ®−êng kÝnh xilanh: D (mm) )(858,1 2100.12.6784,0 360.7355,0.4.30 .. ..30 . .4 3dm niP NV S VD e e h h === = τ π DiÖn tÝch = )(99,129)(2999,1 40,1.14,3 858,1.4 . .4 mmdm S Vh ===π ΔD = Dt - DH = 130 - 129,99 = 0,010 (mm) So víi ®−êng kÝnh ban ®Çu th× sai lÖch 0,01 ≤ 0,1 lμ ®¶m b¶o. IV. VÏ vµ hiÖu ®Ýnh ®å thÞ c«ng: LËp b¶ng tÝnh to¸n qu¸ tr×nh nÐn vµ qu¸ tr×nh gi∙n në: Ta cã: 120,01199,0 15,16 858,1 1 ==−=−= ε h c V V (dm3) Tõ c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n trªn ta cã: P0 = 0,1 (MPa) n1 = 1,368 Pa = 0,088 (MPa) n2 = 1,26 Pb = 0,317 (MPa) ρ = 1,535 Pz = 6,341 (MPa) ε = 16,5 Pc = 4,674 (MPa) Vc = 0,12 (dm 3) * Gi¶ thiÕt qu¸ tr×nh n¹p ¸p suÊt b»ng h»ng sè; Pa = 0,088 (MPa) * Gi¶ thiÕt qu¸ tr×nh th¶i ¸p suÊt b»ng h»ng sè: Pr = 0,11 (MPa) 1. X¸c ®Þnh qu¸ tr×nh nÐn ac; qu¸ tr×nh gi∙n në Zb * Qu¸ tr×nh nÐn: Ta cã: P.Vn1 = const -> Px. 11 . n cc n X VPV = §Æt Vx = i.Vc. Trong ®ã: i = 1 ÷ ε §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 43 1 11 1 . ncX n c c c n x c cX i PP Vi VP V VPP =>− ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= * Qu¸ tr×nh gi·n në: P.Vn2 = const -> Px. 12 . n zz n X VPV = §èi víi ®éng c¬ Diezel th× Vz =ρVc. v× c z V V=ρ 2 2 . n n zX i PP ρ= B¶ng x¸c ®Þnh qu¸ tr×nh nÐn vµ qu¸ tr×nh gi·n në Qu¸ tr×nh nÐn Qu¸ tr×nh gi·n në 1 1 ncX i PP = 2 2 . n n zX i PP ρ= iVc 1ni MPa mm 2ni MPa mm 1 Vc 1 4,074 162,96 1,000 ρVc 1,789 2,277 91,08 1,709 6,314 250 2 Vc 2,851 1,578 63,12 2,395 4,524 168,408 3 Vc 4,495 0,906 36,24 3,992 2,714 107,4426 4 Vc 6,662 0,612 24,48 5,736 1,889 74,78 5 Vc 9,040 0,451 18,04 7,598 1,426 56,452 6 Vc 11,601 0,351 14,04 9,560 1,133 44,85 7 Vc 14,325 0,284 11,36 11,610 0,933 36,935 8 Vc 17,196 0,237 9,48 13,737 0,789 31,235 9 Vc 20,202 0,202 8,08 15,935 0,680 26,92 10 Vc 23,335 0,175 7,0 18,197 0,595 23,55 11 Vc 26,584 0,153 6,12 20,519 0,528 20,9 12 Vc 29,945 0,136 5,44 22,896 0,473 18,725 13 Vc 33,410 0,122 4,88 25,326 0,428 16,94 14 Vc 36,975 0,110 4,4 27,805 0,390 15,44 15 Vc 40,634 0,100 4,0 30,330 0,357 14,13 16 Vc 44,385 0,092 3,68 32,900 0,329 13,02 16,5 Vc 46,293 0,088 5,32 34,200 0,317 12,54 §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 44 Tõ c¸c th«ng sè ®−îc chon: viÖc vÏ ®å thÞ so víi lý thuyÕt ph¶i t−¬ng ®èi chÝnh x¸c nªn sau khi vÏ xong ta ph¶i hiÖu ®Ýnh l¹i sè ®iÓm trªn ®å thÞ. Trôc hoμnh Vc thÓ hiÖn = 230 mm ~ 16,5 Vc -> μv = 0,0086 (dm3/mm) Trôc tung biÓu diÔn Pz = 250mm ~ 6,314 Vc -> μp = mmMPa /025,0 250 314,6 = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛== ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛== mm mMN mm dm mm V p c v 2 3 /025,0 250 314,6 0086,0 1 μ μ VÏ ®å thÞ Brick ®Æt gi¸ trªn ®å thÞ P -V Ta cã: 00tt’ = 75,82.280 70 2 . 2 2 === R L RRλ (mm) Bd: S = 140 mm )(648,0 216 140 mm mm S ==μ 00bd’ = )(5,13648,0 75,8 mm= 2. VÏ ®−êng nÐn vµ ®−êng gi∙n në: VÏ trªn giÊy «ly. - Trôc tung thÓ hiÖn ¸p suÊt p (MPa) - Trôc hoμnh thÓ hiÖn dung tÝch c«ng t¸c: V (dm2) - Chän tû lÖ xÝch hîp lý: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= = mm MPa mm mMN mmdm p v 025,0/025,0 )/(0086,0 2 3 μ μ - §−êng P0 trïng víi ®−êng ®Ëm trªn giÊy vÏ. - VÏ hai ®−êng n¹p vμ th¶i b»ng 2 ®−êng song song víi trôc hoμnh vμ ®i qua 2 ®iÓm Pa, Pr. Pa = 0,088 (MPa) Pr = 0,11 (MPa) C¨n cø vμo c¸c gi¸ trÞ ë b¶ng trªn ta vÏ ®−êng nÐn vμ ®−êng gi·n në. §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 45 3. HiÖu ®Ýnh c¸c ®iÓm trªn ®å thÞ c«ng: Tr−íc khi hiÖu ®Ýnh ®å thÞ c«ng ta ph¶i x©y dùng ®å thÞ Brick ®Æt phÝa trªn ®å thÞ c«ng. - X¸c ®Þnh t©m cña Brick: (0-) )(75,8 2 25,0.7000 25,0 280.2 140 .2 2 .00 ' ' mm L S L R R HH == ==== = λ λ 00’b® 5,13648,0 75,8'00 === s tinh μ 3.1. HiÖu ®Ýnh ®iÓm b¾t ®Çu qu¸ tr×nh n¹p: ®iÓm (a) Tõ 0’ cña ®å thÞ Brick x¸c ®Þnh gãc ®ãng muén xupap th¶i. β2 = 200, b¸n kÝnh nμy c¾t vßng Brick ë a’, tõ a’ dßng xuèng ®−êng song song víi trôc tung c¾t ®−êng Pa ë a. Nèi ®iÓm r trªn ®−êng th¶i víi a, ta cã ®−êng chuyÓn tiÕp tõ ®−êng th¶i sang ®−êng n¹p. 3.2. HiÖu ®Ýnh ¸p suÊt cuèi qu¸ tr×nh nÐn: (C) ¸p suÊt cuèi qu¸ tr×nh nÐn P’c ®−îc x¸c ®Þnh ( ) ( ) )(82,4074,4314,6 3 1074,4 3 1' MPa PPPP czcc =−+= −+= P’c vÏ = 8,192025,0 82,4 = VËy cã: )(8,192 025,0 82,4' mmOC == §iÓm C” trªn ®−êng nÐn t¸ch khái ®−êng nÐn lý thuyÕt ®−îc x¸c ®Þnh theo gãc phun sím θ = 220 Tõ ®å thÞ Brick dãng xuèng ®−êng nÐn ta x¸c ®Þnh ®−îc ®iÓm C”, dïng 1 cung thÝch hîp víi C’ - C” 3.3. HiÖu ®Ýnh ®iÓm ®Æt P’zmax thùc tÕ: §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 46 ¸p suÊt Pzmax trong thùc tÕ kh«ng duy tr× h»ng sè, ®o¹n tõ 1Vc ®Õn ρVc nh− trªn ®å thÞ c«ng lý thuyÕt (®o¹n ZZ’). Theo thùc nghiÖm ®iÓm Pzmax lμ t¹i 372 0 ÷ 3750 tøc lμ 120 ÷ 150 sau §CT cña qu¸ tr×nh ch¸y gi·n në. Trªn ®å thÞ Brick ta kÎ gãc 150 råi dãng xuèng ®å thÞ c«ng c¾t t¹i Z. Dïng 1 cung thÝch hîp nèi ®iÓm C víi ®iÓm Z vμ ®−êng ch¸y gi·n në. 3.4. HiÖu ®Ýnh ®iÓm b¾t ®Çu qu¸ tr×nh th¶i thùc tÕ (b): C¨n cø vμo gãc më sín xup¸p th¶i β1 = 560. X¸c ®Þnh β1 trªn Brick dãng song song trôc tung c¾t ®−êng th¶i ë ®©u th× ®iÓm ®ã lμ ®iÓm (b’) X¸c ®Þnh ®iÓm (b”). ¸p suÊt cuèi qu¸ tr×nh gi·n në thùc tÕ (Pb”) th−êng thÊp h¬n ¸p suÊt cña qu¸ tr×nh gi·n në lý thuyÕt do xupap th¶i më sím. ( ) ( ) )(2135,011,0317,0 2 111,0 2 1" MPaPPPP rbrb =−+=−+= )(12,7 03,0 2135,0" mmPb == Sau khi x¸c ®Þnh ®−îc vμ b” dïng cung thÝch hîp ®Ó nèi l¹i. Nh− vËy ®· cã ®å thÞ c«ng chØ thÞ dïng cho phÇn tÝnh to¸n ®éng lùc häc. 4. §å thÞ c«ng: H×nh 2.1. §å thÞ c«ng §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 47 Ch−¬ng II: TÝnh to¸n ®éng häc vµ ®éng lùc häc I. VÏ ®−êng biÓu diÔn c¸c quy luËt ®éng häc: C¸c ®−êng nμy ®Òu ®−îc vÏ trªn 1 hoμnh ®é thèng nhÊt øng víi hμnh tr×nh piston: S = 2R. V× vËy ®å thÞ ®Òu lÊy hoμnh ®é øng víi Vh cña ®å thÞ c«ng (tõ ®iÓm 1Vc ÷ ε Vc) 1. §−êng biÓu diÔn hµnh tr×nh piston: ( )αfx = VÏ theo ph−¬ng ph¸p ®å thÞ dïng vßng trßn Brick ®· vÏ ë phÇn hiÖu ®Ýnh ®Ó vÏ. + Chän tû lÖ xÝch: 0,6 mm/®é -> 6,0=xμ (mm/®é) + Chän gèc to¹ ®é c¸ch gãc ®å thÞ c«ng lμ 180 mm ë phÝa d−íi. + Tõ t©m O’ cña ®å thÞ Brick vÏ c¸c b¸n kÝnh øng víi c¸c gãc 100, 200, 300,… 1800 t−¬ng øng trªn trôc tung cña ®å thÞ ( )αfx = ®Ó x¸c ®Þnh chuyÓn vÞ x t−¬ng øng. C¸ch vÏ: + Tõ c¸c gãc 100, 200, 300,… ,1800 trªn vßng trßn (O’) kÐo ra c¾t vßng trßn (O) ë ®©u th× dßng song song trôc tung xuèng phÝa d−íi. Tõ c¸c gãc t−¬ng øng trªn trôc tung dßng song song víi trôc hoμnh c¾t c¸c ®−êng dãng trªn Brick xuèng. + Nèi c¸c ®iÓm c¾t nhau ®ã ta ®−îc 1 ®−êng thÓ hiÖn hμnh tr×nh piston. 2. §−êng biÓu diÔn tèc ®é piston: ( )αfv = - VÏ ®−êng biÓu diÔn tèc ®é piston theo ph−¬ng ph¸p ®å thÞ vßng. Ta ®· cã: αλα αλα 2sin 2 .sin 2sin 2 sin RR RV w w += ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += - VÏ nöa vßng trßn t©m O b¸n kÝnh R, phÝa d−íi ®å thÞ ( )αfx = (s¸t mÐp d−íi cña giÊy vÏ). - VÏ vßng trßn t©m O cã b¸n kÝnh )(53,14 2 mmR =λ - Chia nöa vßng trßn (O,R) vμ vßng trßn (O,λR/2) thμnh 18 phÇn theo chiÒu ng−îc nhau. §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 48 - Tõ c¸c ®iÓm chia trªn vßng trßn (O,R) kÎ c¸c ®−êng song song víi trôc tung, c¸c ®−êng nμy sÏ c¾t c¸c ®−êng song song víi trôc hoμnh xuÊt ph¸t tõ c¸c ®iÓm chia t−¬ng øng trªn vßng trßn (O,λR/2) t¹i c¸c ®iÓm a, b, c,… - Nèi c¸c ®iÓm a, b, c,… t¹o thμnh c¸c ®−êng cong giíi h¹n trÞ sè cña tèc ®é thÓ hiÖn b»ng c¸c ®o¹n th¼ng song song víi trôc tung tÝnh tõ ®iÓm c¾t nöa vßng trßn (O,R) cña b¸n kÝnh nμy t¹o thμnh víi trôc hoμnh c¸c ®−êng cong abc. - Dïng ®å thÞ ( )αfv = vμ Brick ®Ó vÏ ( )αfv = + Tõ ®−êng trßn Brick øng víi gãc α (theo ®iÓm chia) ta x¸c ®Þnh ®−îc c¸c gi¸ trÞ Xα + Tõ ( )αfv = øng víi gãc α ta x¸c ®Þnh ®−îc c¸c gi¸ trÞ Vα + Trªn to¹ ®é V-X ta ®Æt c¸c ®iÓm cã to¹ ®é (Vα, Xα) + Nèi c¸c ®iÓm ®ã ta ®−îc ®å thÞ ( )αfv = 3. §−êng biÓu diÔn gia tèc piston: ( )αfJ = - VÏ ®−êng nμy theo ph−¬ng ph¸p T«lª. - Chän cïng hoμnh ®é víi trôc ( )αfx = . VÏ theo c¸c b−íc sau: + Chän tû lÖ xÝch: 40=jμ (m/s2/mm) + TÝnh: )/(8,219 30 2100.14,3 30 . 2sradn === πω ( ) ( ) )/(30,422725,018,219.07,0 )/(1. 22 22 max sm smRJ =+= += λω ( ) ( ) )/(4,253625,0.8,219.07,0.3...3 )/(4,253625,018,219.07,0 )/(1. 222 22 22 max smREF sm smRJ −=−=−= −=−−= −−= λω λω Trôc hoμnh trïng víi trôc hoμnh cña ( )αfx = , ®Æt trôc hoμnh lμ AB = 2R, ®iÓm A ≡ ®iÓm D. )(4,63 40 4,2536 )(7,105 40 30,4227 min max mmJBD mmJAC i i −=−== === μ μ Tõ ®iÓm A t−¬ng øng víi §CT lÊy AC = Jmax §å ¸n tèt nghiÖp Tr−êng §aÞ häc B¸ch Khoa - Hµ Néi SV: Hoµng TiÕn HiÖp 49 Tõ ®iÓm B t−¬ng øng víi §CT lÊy BD = Jmin Nèi C víi D c¾t trôc hoμnh t¹i E, lÊy EF vÒ phÝa BD. Nèi C víi F vμ F v