tính dao động hệ trục cho tàu 650 tấn , lắp máy 60k 28

Mô men quán tính khối lợng 2.1... Mô men quán tính khối lợng của các đoạn trục Mô men quán tính khối lợng của các đoạn trục đợc tính theo công thức sau: I = 32.g... lx _ Chiều dài đoạn t

Đề bài : Tính dao động hệ trục cho tàu 650 tấn , lắp máy 60K - 28

Cơ sở dữ liệu tính toán

1/ Loại tàu

Tàu hàng khô 650 T , lắp máy 60KM - 28

2/ Máy chính

Máy chính có kí hiệu 60KM - 28 do hãng DAIHATSU, Nhật Bản sản xuất là

động cơ diesel 2 kì tác dụng đơn , tăng áp bằng tuabin, một hàng xylanh thẳngđứng, làm mỏt giỏn tiếp hai vũng tuần hoàn, bụi trơn ỏp lực tuần hoàn kớn, khởiđộng bằng khụng khớ nộn, tự đảo chiều, điều khiển tại chỗ hoặc từ xa trờn buồnglỏi

Vòng quay lớn nhất [nmax] 750 rpm

Vòng quay nhỏ nhất [nmin] 330 rpm

Bán kính quay trục khuỷu [R] 195 mm

b Trục trung gian

Đường kớnh trục trung gian [dtg] 270 mm

Chiều dài trục trung gian [ltg] 2000 mm

Phần I : Tính dao động xoắn tự do

1 Mô hình hệ trục

Động cơ

Trục chong chóng

Chong chóngBánh đà

2 Mô men quán tính khối lợng

2.1 Mô men quán tính khối lợng nhóm biên khuỷu (I bk )

Theo công thức Cheski:

( D b H d)

R b D

b D R

4 , 1

10 25 ,

+

(kG.cm.s2)Trong đó:

R _ Bán kính khuỷu : R = 19,5 (cm)

D _ Đờng kính xilah : D = 28 (cm)

H _ Khoảng cách giữa 2 tâm xilanh liên tiếp : H = 36 (cm)

d _ Đờng kính trung bình của cổ biên và cổ trục : d = 16 (cm)

α_ Hệ số hiệu chỉnh có xét đến chiều dài biên, đờng kính và vật liệu

chế tạo piston:

Với piston bằng gang : α = 0,22.D b

L

+ 0,6 Trong đó:

+ b _ Hệ số khoang xilanh (công đơn b ≈ 1)

+ L _ Chiều dài biên : L = 116 (cm)

2 2 Mô men quán tính khối lợng của bánh đà

Mô men quán tính khối lợng của bánh đà đợc tính theo công thức:

D _ Đờng kính của chong chóng : D = 297 (cm)

θ _ Tỷ số đĩa của chong chóng : θ = 0,67Kết quả: Ibt= 13682,95 (kG.cm.s2)

Ink _ Mô men quán tính khối lợng của nớc kèm

H

θ θ

Vậy mô men quán tính khối lợng của chong chóng là:

Icc= Ibt + Ink = 13682,95 + 3737,14 = 17420,09 (kG.cm.s2)

2.4 Mô men quán tính khối lợng của các đoạn trục

Mô men quán tính khối lợng của các đoạn trục đợc tính theo công thức sau:

I = 32.g

π γ

.l.d4 (kG.cm.s2)Trong đó:

γ _ Trọng lợng riêng của vật liệu chế tạo trục, γ = 7,85.10-3 (kG/cm3)

g _ Gia tốc trọng trờng : g = 981 (cm/s2)

l _ Chiều dài đoạn trục (cm)

d _ Đờng kính đoạn trục (cm)

a Với đoạn trục từ xilanh cuối đến bánh đà

6 ( 0 , 5 ) 10

11

e

(kG-1.cm-1)Trong đó:

H _ Khoảng cách giữa hai tâm xilanh liên tiếp : H = 36 (cm)

x K d

l G

G _ Môđun đàn hồi xoắn vật liệu : G = 8,1.105 (kG/cm2)

lx _ Chiều dài đoạn trục (cm)

dx _ Đờng kính đoạn trục (cm)

Hệ dao động xoắn thực đợc quy đổi thành hệ dao động xoắn tơng đơng với

hệ thống đặc tính động lực Đặc trng cho tính động lực là mô men quán tính khốilợng ( I ) và hệ số mềm ( e )

Hệ dao động xoắn tơng đơng gồm 8 khối lợng tập trung ( I1, I2, I8) đuợcnối bởi 7 đoạn trục không khối lợng ( e12, e23, e78 )

Ta có sơ đồ sau

7 I

8 I

12

4.1 Mô men quán tính khối lợng của các khối lợng tập trung

- Các khối lợng tập trung từ 1 ữ 6 có mô men quán tính khối lợng của nhómbiên khuỷu :

I1= I2= I3= I4= I5= I6 = Ibk = 77,46 (kG.cm.s2)

- Mô men quán tính khối lợng của khối lợng thứ 7 là :

I7= Ic + Ibđ +Itr +Itg = 5,094 + 11793,75 + 241,313 + 83,45

= 12123,607 (kG.cm.s2)

- Mô men quán tính khối lợng của khối lợng thứ 8 :

I8= ICC= 17420,09 (kG.cm.s2)

4.2 Độ mềm xoắn các đoạn trục

e12= e23= e34= e45= e56= ebk= 7,69

9

10 −

(kG-1.cm-1)e67= ec= 1,9.10-8 (kG-1.cm-1)

e78= etr= 1,023.10-8 (kG-1.cm-1)

5 Tính toán dao động tự do

Hệ thống tơng gồm có 8 khối lợng tập trung do đó tồn tại 7 tâm dao động Vì tần

số dao động tự do tơng đơng ứng với tâm dao động nên có thể nói rằng toàn bộ

hệ thống đồng thời đều tham gia vào hình thức dao động 1 tâm, 2 tâm, 7 tâm

Trong thực tế dao động từ 2 tâm trở nên có tần số dao động tự do rất lớn

do đó ta chỉ xét dạng dao động 1 tâm

Để tìm tần số dao động tự do của hệ thống tơng đơng nhiều khối lợng taphải đổi hệ thống thành hệ thống không thứ nguyên nhiều khối lợng

5.1 Hệ thống không thứ nguyên nhiều khối lợng

5.1.1 Mô men quán tính khối lợng không thứ nguyên

Trong đó:

Ii _ Mô men quán tính khối lợng của khối lợng tập trung thứ i

I0 _ Mô men quán tính khối lợng gốc:

e

e

E i+ = i+

Trong đó:

ei,i+1 _ Độ mềm xoắn của đoạn trục i,i+1

e0 _ Độ mềm xoắn chuẩn đo : e0= ebk= 6,18.10-10 (kG-1.cm-1)

Kết quả:

E12= E23= E34= E45= E56 = 1

E67= e67/ebk = 1,69.10-8/7,96.10-9 =1,37

E78= e78/ebk =1.023.10-8/7,96.10-9 = 1,29

Ta có sơ đồ chuyển đổi nh sau:

I1

e12 e23 e34 e45 e56 e67 e78

34 23

- Độ mềm xoắn của đoạn trục giữa 2 khối lợng quy đổi đợc tính theo công thức:

Exn = Ex7 + E78

Mà: x

i

i i x

E E

E57= E56 + E67= 2,37

E47= E45 + E57= 3,37

E37= E34 + E47= 4,37

E27= E23 + E37= 5,37

E17= E12 + E27= 6,37

Thay số ta có:

Ex7= 0.124 E78= 1,29

⇒ Exn= 1,36

Bình phơng tần số dao động tự do không thứ nguyên đợc tính:

xn n x

n x E

9 ,

0

9 , 0

à à

αi = αi-1 + Ei -1,i δi-1,i Hi = - ∆.ài δi,i+1 = δi-1,i + Hi.αi

Với ∆= 0,008 ta lập đợc bảng Toller có giá trị nh sau :

∆ = 0,008

Khối

lợng ài αi δi,i+1.Ei,i+1 -ài.∆ Ei,i+1 Hi.αi δi,i+1 Đoạn

trụcRi,i+1

Với ∆= 0,0085 ta lập đợc bảng Toller có giá trị nh sau

∆ ’ =0,046

Khối

lợng ài αi δi,i+1.Ei,i+1 -ài.∆ Ei,i+1 Hi.αi δi,i+1 Đoạn

trụcRi,i+1

ε =

% 100 ,

046 , 0

Phần II : Tớnh dao động xoắn cưỡng bức

1 Cấp điều hoà mo mem kích thích

Cấp điều hoà mo mem kích thích đợc xác định theo công thức:

min

N v n

+ nmin - Vòng quay nhỏ nhất của động cơ : nmin= 750 [vòng/phút]

+ nmax -Vòng quay lớn nhất của động cơ : nmax= 225 [vòng/phút]

3 TÝnh gãc lÖch pha gi÷a c¸c xi lanh

νk βi = mi.ϕ.x: Với động cơ 2 kỳ

2 6

1

2 6

1

cos

i k i

5 Công của mô men điều hòa cỡng bức

Mô men điều hoà cỡng bức tác dụng lên hệ trục chủ yếu là do lực khí cháy gây

ra, công này đợc tính theo công thức:

RSmax= π.Mυk

.∑αi.A1R= D.A1R [kG.cm]

2

max 1765

, 0 76 , 9

+ ∑αi _ Tổng hình học của các véc tơ biên độ tơng đối

Giá trị D đợc ghi trong bảng sau:

6.1 Cụng cản trong cơ cấu biên khuỷu của động cơ

Theo công thức

Rc= T1.A2 1R

1 0 , 126

i i e

Trong đó:

2

i i

α

= 3,668+ A1R - Biên độ dao động cộng hởng của khối lợng thứ nhất

1R

A

Với:

5 3 7

0

1 ,

10

25

d

l K e

+ d -Đờng kính đoạn trục : dcc = 28 [cm]

+ l - Chiều dài đoạn trục : lcc = 500 [cm]

+ K - Hệ số rỗng của đoạn trục : Trục đặc K = 1

+ δi,i+1 - Mô men đàn hồi của đoạn trục i,i+1 tính trong bảng Tolle:

Chọn cho đoạn trục : δi,i+1= δ7,8= 0,1208

Kết quả: Rf =0.29.106

3 / 7

max

max 4 2

07 , 0 1333 , 0

55 , 4 10

.

D

h a

a n

+

=

Trong đó:

+ αcc - Biên độ tơng đối của chong chóng: αcc= - 2,1107

+ A1R - Biên độ dao động cộng hởng của khối lợng thứ nhất

+ Nmax - Công suất lớn nhất của trục chong chóng , Nmax= 2600 [cv]

+ nmax - Vòng quay lớn nhất của trục chong chóng, nmax=750 [v/p]

φ

D = T.A1R +

3 / 4 1 A R

3,9.109 3,91.109 0,29.106

467.47

nν k = (0,85ữ1,15) nν k = 368,33-498,3

Với nν k = = 433,3

Nhận xét: do nν k < nH nên động cơ sẽ hoạt động an toàn ở vòng quay khai thác.

6.7 Tính ứng suất phát sinh trên trục

6.7.1 Tính ứng suất tại mặt cắt nguy hiểm nhất:

Công thức : τi,i+1 =

R i

i

A W

e0 , 1 1

1 ,

+ δ

[kG/cm2] Trong đó :

δi,i+1 - Là mô men đàn hồi lấy trong bảng Tole

Với đoạn truc chong chóng

+

i k

e

W

n n

ứng suất cho phép đợc tính theo công thức : [ ]τ

C

1

.7,

1 τ

Với : τ1 =1,38.

D k

18

160

+Τ

Vậy hệ trục làm việc an toàn

- Kết luận về vùng cấm quay: