khai thác động cơ d6

Kết quả tính toán Mục đích của việc tính toán chu trình công tác là xác định các chỉ tiêu về kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ.. Từ đó xây dựng đồ thị c

Phần I: Giới thiệu chung về xe và động cơ

1.1 Giới thiệu chung về xe Tăng PT-76

Động cơ D6 đợc sử dụng trên xe tăng PT – 76 do Liên Xô sản xuất Đây

là loại xe có thể chạy trên cạn và bơi nớc, xe tăng PT-76 là loại xe xích chiến

đấu hạng nhẹ, sức cơ động cao, hành trình dự trữ lớn và có độ tin cậy cao

1.2 Giới thiệu chung về động cơ D6

Động cơ D6 là loại động cơ diesel 4 kỳ 1 hàng xylanh, làm mát bằng nớc kiểu tuần hoàn cỡng bức, không dùng quạt gió làm mát mà lợi dụng dòng khí xả thông qua thùng tiết lu để làm mát nớc

Động cơ D6 do Liên Xô sản xuất và đợc sử dụng trên xe tăng PT-76 của Liên Xô, có 6 xylanh bố trí chữ I, không tăng áp, có bồn cháy thống nhất, bôi trơn bằng phơng pháp tuần hoàn cỡng bức kết hợp vung té

* Các thông số kỹ thuật chính của động cơ

+ Hành trình piston: S = 180mm

+ Đờng kính xylanh: D = 150mm

+ Tỷ số nén: E = 15

+ Số xylanh: i = 6

+ Thể tích công tác của xylanh: Vh

+ Công suất định mức: Neđm = 240 ml (176,6 Kw)

+ Tốc độ trục khuỷ: n = 1800 (v/ph)

+ Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất: ge = 185 (g/mlh)

+ Suất tiêu hao dầu nhờn: g dầu nhờn <= 10 (g/mlh)

1.3 Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

Công dụng: biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyể động quay của trục khuỷu

a Nhóm chi tiết cố định

* Hộp trục khuỷu:

- Dùng để làm bệ lắp các chi tiết, cụm chi tiết, các cụm má của động cơ

- Cấu tạo: gồm 2 nửa riêng biệt đợc lắp ghép bằng các gudông Đờng tâm trục khuỷu nằm trong mặt phẳng ghép giữa 2 nửa hộp

- Vật liệu chế tạo: hợp kim nhôm

*Nắp xylanh:

- Công dụng:

+ Tạo nắp kín phía trên khoang công tác.Đồng thời là chi tiết tạo buồng cháy của động cơ

+ Lắp vòi phun, bố trí xupáp, trục cam

- Cấu tạo:

+ Tâm buồng cháy có lỗ lắp vòi phun

+ Giữa nắp và thân xylanh có đệm làm kín, đệm có 6 lỗ khít vào miệng trên xylanh

+ Trên mỗi buồng cháy trên nắp xylanh có 4 lỗ xupáp nạp và thảithông ra mặt bên của nắp xylanh và nối buồng cháy với đờng nạp và thải

+ Mặt trên của nắp xylanh có 7 vị trí mài phẳng để lắp các ổ đỡ trục cam,

ở mỗi vị trí này có ép vào 2 chốt định vị và 4 vít cấy để cố định ổ đỡ với xy lanh Trong ổ đỡ số 1 có rảnh vòng để dẫn dầu bôi trơn cho trục cam, trong bệ ổ

đỡ có khoang 2 lõ để dẫn dầu bôi trơn đến trục cam Mặt dới của nắp xylanh có lắp hộp đỡ trục dẫn động của cơ cấu dẫn động trục cam hộp đợc cố định chặt vào lắp xylanh bằng 3 vít cấy Phía trên nắp xylanh có nắp báo vệ cơ cấu phân phối khí và đợc cố định với nắp xylanh bằng các vít cấy Trên nắp bảo vệ có 3 cứa thông với vòi phun, cửa có nắp cố định bằng vít cấy

- Vật liệu chế tạo: hợp kim nhôm

- Phơng pháp chế tạo: đúc

* Thân xylanh

- Công dụng: Định hớng chuyển động cho xylanh và tạo thể tích công tác

để thực hiện các kỳ của động cơ

- Cấu tạo: Có áo nớc lắp trong xylanh, thân có 6 lỗ đặc,xy lanh đợc định tâm trong lỗ bằng 2 gờ

+ Mặt ngoài của thân xy lanh có lỗ cố định ống dẫn nớc làm mát từ bơm vào

+ Mặt trên có 24 lỗ đặt trong ống dẫn nớc từ thân xylanh lên nắp xylanh,

có vòng cao su làm kín chịu dầu và nhiệt

- Vật liệu chế tạo: Hợp kim nhôm

- Phơng pháp chế tạo: Đúc

b Nhóm pittông

Gồm có: Pittông, chốt pittông và xécmăng

* Píttông:

- Pittông đợc đúc bằng hợp kim nhôm

- Píttông có 2 bệ chốt để lắp chốt pittông, trong mỗi bệ chốt có 2 lỗ để hứng dầu bôi trơn Mặt ngoài của pittông có tiện5 rãnh để lắ vòng găng, trong

đó có 4 rảnh ở phía trên và rảnh ở phía dới so với bệ chốt pittông, phía ngoài có phay 4 lỗ để giảm trọng lợng của pittông

* Chốt pittông

Đợc chế tạo từ thép dạng ống, mặt ngoài chốt đợc thấm than Chốt pittông đợc lắp với pittông theo kiểu bơi, 2 đùu chốt đợc định vị bằng 2 náp làm bằng hợp kim nhôm Mặt làm việc của chốt đợc bôi trơn bằng cánh hứng dầu qua lỗ trên đầu nhỏ thanh truyền

* Xécmăng

Đợc chế tạo bằng gang đặc biệt, riêng xéc măng trên cùng đợc làm bằng thép có mạ crôm xốp ở mặt ngoài, 2 xécmăng trên cùng là xecmăng hơi, có bề mặt làm việc dạng trụ.Xécmăng thứ 3 và 4 có bề mặt làm việc hình côn có tác dụng bịt kín và đồng thời là xecmăng gạt dầu Xécmăng 5 ở dới lỗ chốt pittông

có bề mặt làm việc hình côn và là xéc măng dầu

c Nhóm thanh truyền.

Vật liệu chế tạo: Thép hợp kim crôm niken vonphram hoặc thép môlípđen chất lợng cao

Thanh truyền có tiêt diện ngang hình chữ I, trên bề mặt thanh truyền gồm

2 nửa tách rời và có 4 gân tăng cứng, 2 nửa của đầu to đợc cố định với nhau bằng khớp bản lề và chốt hình côn

Bạc đầu to đợc chế tạo bằng hai nửa và điực định vị bằng chôt trụ

Đầu nhỏ thanh truyền đợc khoan 6 lỗ dâu fbôi trơn

d Nhóm trục khuỷu

Đợc chế tạo bàng thép hợp kim crôm niken vonphram và 6 cổ khuỷu, 8

cổ trục cổ khuỷ bố trí lệch nhau 1200

Má khuỷu có 12 má +12 đối trọng

e Cơ câu phối khí

Dùng để thực hiện quá trình trao đổi khí

- Trục cam: Dẫn động bằng bánh răng côn

- Supáp: gồm 12 supáp nạp và 12 supáp thải , supáp nạp có đáy phẳng , supáp thải có đáy lồi

1.3.2 Hệ thông cung cấp nhiên liệu và không khí

a, Hệ thông cung cấp nhiên liệu

- Thùng nhiên liệu có 2 thùng bố trí phỉa bên trái đọng cơ đợc cố định bằng bulông gắn chặt vào thành xe và giá ở sàn xe

- Thùng chứa nhiên liệu

- Bơm cao áp Dùng để cung cấp nhiên liệu cho động cơ, gồm 6 phân bơm kiểu pittôn xylanh

- Bơm thấp áp Dùng để đa nhiên liệu từ thung chúa tới bơm nhiên liệu cao áp trong thời gian động cơ làm việc Bơm nhiên liệu thấp áp kiểu phiên gạt

1.3.3 Hệ thống cung cấp không khí

- Bầu lọc không khí: Là loài bầu lọc li hợp có bộ phận hút bụi ra ngoài

- ống góp nạp: Dẫn khí đã lọc sạch đa vào xylanh động cơ

1.3.4 Hệ thống bôi trơn động cơ

- Thùng dầu nhờn dùng dể chứa nhiên liệu cần thiết cho động cơ

- Bầu lọc dầu dùng để lọc sạch dầu trớc khi đa đến các bề mặt làm việc.Dây là loại bầu lọc liên hợp

1.3.5 Hệ thống làm mát

- Két mát nớc là két kiểu ống lá tản nhiệt tơng tự két mát dầu

- Máng phun gồm có 6 ngăn làm việc độc lập

- Bình ngng để ngăn ngừa sự mất mát nớc của hệ thống làm mát

1.3.6 Hệ thống khởi động bằng khí nén

Gồm 1 bình khí nén lắp ở phía trái thành xe

Phần II: tính toán chu trình công tác của động cơ

1 Kết quả tính toán

Mục đích của việc tính toán chu trình công tác là xác định các chỉ tiêu về kinh tế, hiệu quả của chu trình công tác và sự làm việc của động cơ Từ đó xây dựng đồ thị công chỉ thị của chu trình để làm cơ sở cho việc tính toán động lực học, tính toán sức bền và sự mài mòn của các chi tiết của động cơ

Chế độ tính toán: Đồ án đợc giao có nhiệm vụ tính toán kiểm nghiệm

động cơ ‘Д6’ của Nga ở chế độ công suất có ích định mức

Thực nghiệm cho thấy, các chu trình xảy ra không giống nhau tuy ở cùng trạng thái làm việc của động cơ Do vậy, các số liệu tính toán và các kết quả thu

đợc đều là giá trị trung bình

2 Các số liệu ban đầu

- Công suất có ích định mức:

Neđm = 176 (KW)

- Số vòng quay trong một phút của trục khuỷu ở chế độ định mức:

nđm = 1800 (vòng/phút)

- Tốc độ trung bình của piston CTB:

CTB =

30

.n

S (m/s) + S: hành trình của piston [m]

+ n: số vòng quay của động cơ [v/ph]

Thay số vào ta có: CTB = 10 , 8

30

1800 18 , 0

= (m/s)

Tỷ số giữa hành trình của piston và đờng kính xilanh a:

a = S / D

thay số vào ta có: a = 180 / 150 = 1,2

Hệ số d lợng không khí α:

- Giá trị của α phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh kiểu động cơ, phơng pháp tạo hỗn hợp, công dụng và chế độ sử dụng của động cơ

- Đối với động cơ Diesel có buồng cháy thống nhất: α = 1,4 1,9

- ta chọn α = 1,7

- Nhiệt độ môi trờng T0:

- Nhiệt độ của môi trờng cũng có ảnh hởng đến chất lợng của quá trình trao đổi khí T0 càng cao thì không khí càng loãng nên khối lợng riêng càng giảm ở nớc ta, theo thống kê của nha khí tợng nhiệt độ trung bình:

+ T0 = 297 0K

+ áp suất của môi trờng p0:

+ Giá trị của p0 phụ thuộc vào độ cao so với mực nớc biển Càng lên cao p0

càng giảm nên không khí càng loãng Khi tính toán động cơ ta lấy giá trị áp suất môi trờng ở mực nớc biển

+ p0 = 0,103 [MN/m2]

- Hệ số nạp ηv:

- Hệ số nạp là tỷ số giữa lợng khí thực tế đợc nạp vào xylanh trong một hành trình của piston khi nhiệt độ, áp suất trong xylanh bằng nhiệt độ và áp suất trớc cửa nạp Chọn ηv = 0,8

- áp suất khí thể cuối quá trình thải cỡng bức pr:

- Giá trị của pr phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó thời điểm bắt đầu mở xupáp thải, số vòng quay của trục khuỷu và sức cản trên đờng ống thải là những yếu tố quyết định Động cơ Diesel bốn kỳ không tăng áp: pr = 0,106 0,115 [MPa]

- Ta chọn pr = 0,112 [MPa]

- Động cơ Diesel 4 kỳ không tăng áp: pr = 0,106 0,115

- Nhiệt độ cuối quá trình thải Tr

- Khi tính toán ta lấy giá trị Tr ở cuối quá trình thải cỡng bức Giá trị của Tr

phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nh tỷ số nén, thành phần hỗn hợp, số vòng quay n, góc phun sớm nhiên liệu Khi giá trị của ε càng cao thì khí cháy càng dãn nở nhiều nên Tr thấp Thành phần hỗn hợp càng phù hợp thì quá trình cháy xảy ra càng nhanh, ít cháy rớt nên Tr giảm Nếu các góc phun sớm nhiên liệu hoặc đánh lửa sớm quá nhỏ thì quá trình cháy rớt tăng nên Tr cao

- Động cơ Diesel bốn kỳ: Tr = 700 900 0K

- Chọn Tr = 800 0K

- Độ sấy nóng khí nạp ΔT

- Trên đờng vào xylanh động cơ khí nạp tiếp xúc với các chi tiết có nhiệt

độ cao của động cơ nên nhiệt độ của nó tăng

- Đối với động cơ Diesel bốn kỳ không tăng áp: ΔT = 10 25 0K

- Ta chọn ΔT = 16 0K

- Chỉ số nén đa biến trung bình n1

- Giá trị của n1 phụ thuộc vào nhiều yếu tố: số vòng quay n, phụ tải, kích thớc xylanh, kiểu làm mát Khi tăng số vòng quay, chỉ số nén đa biến trung bình tăng

- Động cơ Diesel: n1 = 1,34 1,39

- Chọn n1 = 1,37

- Hệ số sử dụng nhiệt ξz

- Hệ số sử dụng nhiệt là tỷ số giữa lợng nhiệt biến thành công chỉ thị và tổng lợng nhiệt cung cấp từ đầu quá trình cháy cho đến điểm z Giá trị của ξz có

ảnh hởng lớn đến các chỉ tiêu đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của

động cơ Kết quả tính nhiệt càng sát với thực tế nếu giá trị của ξz đợc chọn phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ

- Đối với động cơ Diesel: ξz = 0,65 0,85

- Chọn ξz = 0,75

- áp suất cuối quá trình cháy ở động cơ Diesel pz

- Với động cơ có buồng cháy không phân chia: pz = 7 9 [MPa]

- Chọn pz = 8,5 [MPa]

- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QT

- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu là nhiệt lợng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lợng hoặc thể tích nhiên liệu không kể tới nhiệt ẩm hoá hơi của nớc chứa trong sản vật cháy

- Đối với động cơ Diesel: QT = 42,5.103 [KJ/kgnl]

- Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2

- Giá trị của n2 phụ thuộc vào đặc điểm cấp nhiệt cho sản vật chảy trên đ-ờng dãn nở Đặc điểm ấy lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác.Yếu tố nào làm cho sản vật cháy đợc cấp thêm nhiệt hoặc làm hạn chế sự mất nhiệt trong quá trình dãn nở đều làm cho n2 giảm xuống

- Đối với động cơ Diesel có buồng cháy không phân chia: n2 = 1,14 1,22

- Chọn n2 = 1,21

3 Tính toán các quá trình của chu trình công tác

3.1 Quá trình trao đổi khí

Quá trình trao đổi khí là tập hợp của hai quá trình thải sản vật cháy ra khỏi xylanh của động cơ và nạp khí nạp mới vào trong xylanh

Quá trình trao đổi khí có vai trò quan trọng đối với chất lợng của quá trình biến đổi nhiệt thành công Quá trình này đợc thực hiện trong điều kiện rất phức tạp do có sức cản khí động trong đờng ống nạp và thải, lu động của dòng khí không ổn định do tiết diện lu thông của họng xupáp và nhiệt độ của thành xylanh thay đổi

Mục đích của việc tính toán quá trình trao đổi khí là xác định các thông số của quá trình mà chủ yếu là áp suất pa và nhiệt độ Ta cuối quá trình nạp

Động cơ Д6 là loại động cơ 4 kỳ không tăng áp Do vậy, áp suất trong đ-ờng ống thải pth lớn hơn áp suất khí trong đờng ống nạp p0: pth > p0

Do ta đã chọn trớc hệ số nạp ηv nên thứ tự tính toán đợc tiến hành nh sau

- Xác định hệ số khí sót γr = e p p T T n

r

r

).

1 (

.

0

0

−

= 0 , 036

8 , 0 800 103 , 0 ).

1 15 (

297 112 ,

−

- Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta

Ta =

r

r

r T T T

γ

γ +

+

∆ +

1

.

0

- Thay số vào, ta có: Ta = 329 , 923

036 , 0 1

800 036 , 0 16

+

+

- Áp suất cuối quá trình nạp pa

pa =

r

r v

a p T

γ

γ ε

η +

+

−

1

) 1 ).(

1 (

. 0

pa = 0 , 09

297 15

) 036 , 0 1 ).(

1 15 (

8 , 0 103 , 0 923 ,

3.2 Quá trình nén

Quá tình nén của động cơ bắt đầu từ khi piston chuyển động từ ĐCD lên

ĐCT sau khi đã đóng kín hoàn toàn supáp nạp và thải

Mục đích tính toán quá trình nén là xác định các thông số nh áp suất cuối quá trình nén pc và nhiệt độ cuối quá trình nén Tc

áp suất cuối quá trình nén:

pc = pa εn1 [N/ m2]

= 0,09 151.37 = 3,68 [MPa]

Nhiệt độ cuối quá trình nén:

Tc = Ta εn1-1

= 329,923 151,37-1 = 898,6 [0 K]

3.3 Quá trình cháy

Mục đích việc tính toán quá trình cháy là xác định nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz

a Tính toán tơng quan nhiệt hoá

Mục đích của việc tính toán tơng quan nhiệt hoá là xác định những đại l-ợng đặc trng cho quá trình cháy về mặt nhiệt hoá để làm cơ sở cho việc tính toán nhiệt động

- Lợng không khí lý thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu thể lỏng









 + −

32 4 12

21 , 0

1 g C g H g O

Trong đó gC, gH, gO lần lợt là thành phần nguyên tố tính theo khối lợng của

C, H, O tơng ứng chứa trong 1 kg nhiên liệu

Đối với nhiên liệu Diesel, ta có: + gC = 0,86

+ gH = 0,13 + gO = 0,01 Thay vào biểu thức trên, giải ra ta đợc: M0 = 0,495 











kgnl kmol

Lợng không khí thực tế nạp xylanh độnh cơ ứng với 1 kg nhiên liệu:

Mt = α.M0

= 1,7 0,495 = 0,841 











kgnl kmol

Lợng hỗn hợp cháy M1 tơng ứng với lợng không khí thực tế Mt :

M1 = Mt = α.M0

= 0,841 











kgnl kmol

Số mol của sản vật cháy M2

Do α > 1, nên M2 = α.M0 +

32 4

O

g

+

= 0,841 +

32

01 , 0 4

13 ,











kgnl kmol

Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β0

β0 =

1

2

M M

=

841 , 0

874 ,

0 = 1,04

hệ số thay đổi phần tử thực tế β

β =

r

r

γ

γ

β +

+

1

0

=

036 , 0 1

036 , 0 04 , 1

+

b Tính toán tơng quan nhiệt động.

- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp công tác ở cuối quá trình nén

μcvc = 20,223 + 1,742.10-3.Tc

= 20,223 + 1,742.10-3.898,6 = 21,788









do Kmol

KJ

.

- Nhiệt dung mol đẳng tích trung bình của khí thể tại điểm z









 + +

α α

38 , 1 55 , 1 921 , 0

.10-3Tz









 + +

+

7 , 1

38 , 1 55 , 1 7 , 1

921 , 0

.10-3.TzS

= 20,64 + 2,36.10-3.10-3.Tz

- Nhiệt dung mol đẳng áp trung bình tại điểm z

μcpz = μcvz + 8,314

= 28,954 + 2,36.10-3.Tz

- Tỷ số tăng áp suất λp

λp

c

z p

p

=

= =

68 , 3

5 ,

8 2,31

- Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz

( p cvc)Tc cpz Tz r

M

z QT

.

314 , 8 1

.(

1

.

à β à

λ γ

+

+

−

) 036 , 0 1

.(

841

,

0

75 , 0 10

.

5

,

42 3

(8,314.2,31 + 21,788).898,6 =1,04.(28,954 +2,36.10-3.Tz).Tz

⇒ 2,454.10-3.Tz2 + 30,112.Tz – 73420,889 = 0

giải ra ta đợc Tz1 = 2084,24 > 0

Tz2 = - 14354,82 < 0 → loại

- Vậy nhiệt độ cuối quá trình cháy: Tz = 2084,24 0K

3.4 Quá trình dãn nở

- Mục đích tính toán quá trình dãn nở là xác định áp suất cuối quá trình

dãn nở pb và nhiệt độ cuối quá trình dãn nở Tb

- Tỷ số dãn nở sớm ρ

ρ =

c p

z T

T

.

.

λ β

= 1,204,31.2084.898,,246 = 1,044

- Tỷ số dãn nở muộn δ

δ = ρ

ε

=

044 , 1

15 = 14,37

- áp suất cuối quá trình dãn nở pb:

pb = p z2

δ

= 14 , 37 1 , 21

5 , 8

= 0,338 [MPa]

- Nhiệt độ cuối quá trình dãn nở Tb

Tb = T n2z−1

δ

= 1,211

37 , 14

24 , 2084

− = 1190,9 [0K]

3.5 Kiểm nghiệm quá trình tính toán.

Ta có nhiệt độ cuối quá trình thải thực tế khi tính toán T’r

T’r =

3

r b b

p p T

=

3

112 , 0

338 , 0

9 , 1190

= 824,092 [0K]

Sai số của nhiệt độ cuối quá trình thải khi tính toán với số liệu ta chọn ban

đầu

ΔTr = ' 100 %

r

r r T

T

= 100 %

800

800 092 ,

Vậy các số liệu đã chọn ở trên là hợp lý.

4 Xác định các thông số đánh giá chu trình công tác và sự làm việc của

động cơ

4.1 Các thông số chỉ thị.

- Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết p’i

p’i =

1

−

ε c





















 −

−

−











 −

− +

1 1 2 2

1 1 1

1 1

1 1

1

p

n

λ ρ ρ

λ





















 −

−

−







 −

− +

−

− 1 , 21 − 1 15 1 , 37 − 1

1 1 1 37 , 1

1 37

, 14

1 1

1 21 , 1

31 , 2 044 , 1 1 044 , 1 31 , 2 1 15

68 , 3 = 0,871 [MPa]

- Áp suất chỉ thị trung bình thực tế pi

pi = φđ.p’i

+ φđ : hệ số điền đầy đồ thị công

φđ = 0,93 0,96 đối với động cơ có buồng cháy thống nhất

- Ta chọn φđ = 0,93

- Vậy ta có: pi = 0,93.0,871 = 0,81 [MPa]

- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

gi =

0 1

3 0

.

10 423

T p M

p i v

η

=

297 81 , 0 841 , 0

103 8 , 0 103 , 0 423

= 172,28 kwh

g

- Hiệu suất chỉ thị

ηi =

i

T g

Q

3600

10 28 , 172 10 5 , 42

3600

− = 0,491

4.2 Các thông số có ích

Để tính các thông số có ích trớc tiên ta phải tính áp suất tổn hao cơ khí trung bình pcơ và hiệu suất cơ khí trung bình ηcơ

giá trị của pcơ đợc xác định theo công thức kinh nghiệm

pcơ = 0,09 + 0,012.CTB

= 0,09 + 0,012.10,8 = 0,2196 [MPa]

áp suất có ích trung bình pe

pe = pi – pcơ

= 0,81 – 0,2196 = 0,5904 [MPa]

Hiệu suất cơ khí ηcơ