chọn động cơ diesel và thiết kế lắp đặt với phanh e4 phục vụ giảng dạy về khảo nghiệm động cơ ở trường đại học thủy sản

Ngày nay, động cơ Diesel là một loại thiết bị động lực chủ yếu được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực: Nông nghiệp, Công nghiệp, Ngư nghiệp, Lâm nghiệp, Giao thông vận tải, Quốc phòng…

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN ĐỘNG LỰC TÀU THUYỀN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CHỌN ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ THIẾT KẾ LẮP ĐẶT VỚI PHANH E4 PHỤC VỤ GIẢNG DẠY VỀ KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ Ở TRƯỜNG

MỤC LỤC Trang

LỜI NÓI ĐẦU

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ……1

1.1 KHÁI QUÁT……… … 1

1.2 CÁC THIẾT BỊ KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ……….2

1.2.1 Thiết bị đo công suất……… ……… 2

1.2.2 Thiết bị đo lượng tiêu hao nhiên liệu……….6

1.2.3 Các thiết bị đo khác……… ….8

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ……….8

1.3.1 Phương pháp cân bằng lực……….8

1.3.2 Phương pháp không cân bằng lực……… 11

1.4 PHANH THỦY LỰC E4 Ở TRƯỞNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN……….13

1.4.1 Cấu tạo phanh thủy lực E4……… 14

1.4.2 Nguyên lý làm việc của phanh thủy lực E4……….21

1.4.3 Xác định công suất của động cơ bằng phanh E4……….22

1.4.4 Ưu nhược điểm của phanh……… 22

Chương 2: LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ KHẢO NGHIỆM……….23

2.1 ĐẶC VẤN ĐỀ……….23

2.2 CHỌN ĐỘNG CƠ KHẢO NGHIỆM……… 23

2.2.1 Sơ lược về động cơ Diesel được chọn……….23

2.2.2 Các thông số kỹ thuật của động cơ……… 24

2.2.3 Bảng đặc tính động cơ……….24

Chương 3: THIẾT KẾ LẮP ĐẶT TỔ PHANH E4 – ĐỘNG CƠ……… 26

3.1 ĐIỀU KIỆN HIỆN CÓ VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT……… 26

3.1.1 Phòng thí nghiệm……….26

3.1.2 Phanh thủy lực E4………27

3.1.3 Động cơ Diesel……… 27

3.1.4 Các hệ thống đường ống và các thiết bị khác……… 27

3.1.5 Chọn phương n……… 29

3.1.6 Phương án lắp đặt sơ ộ……… 31

3.1.7 Phương án bố trí cụ thể………31

3.2 THIẾT KẾ MÓNG……….33

3.2.1 Khái niệm………33

3.2.2 Thiết kế móng của động cơ DS320R……… 33

3.2.3 Thiết kế móng của phanh E4……… 45

3.2.4 Kết luận………55

3.2.5 Tính toán trục nối……… 55

Chương 4: QUY TRÌNH KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ……….60

4.1 CÁC YÊU CẦU CHUNG KHI KHẢO NGHIỆM……… 60

4.1.1 Trước khi khảo nghiệm 60

4.1.2 Khi khảo nghiệm 60

4.1.3 Kết thúc khảo nghiệm 61

4.2 NỘI DUNG CHUẨN BỊ KHẢO NGHIỆM 61

4.3 KHẢO NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶT TÍNH 61

4.3.1 Khảo nghiệm và xây dựng đường đặt tính ngoài 61

4.3.2 Khảo nghiệm và xây dựng đường đặt tính tải 65

4.4 BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT KHI HIỆU CHỈNH PHANH 66

4.4.1 Kiểm tra và bảo dưỡng kỹ thuật 66

4.4.2 Kiểm tra hiệu chỉnh cơ cấu phanh 67

KẾT LUẬN 68

Lòi nói đầu Hiện nay dưới sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật thì việc nghiên cứu về động cơ diesel cũng như tìm hiểu và hoàn thiện về nó là một vấn đề cần thiết Trong thiết kế, chế tạo và sử dụng việc xác định công sất của động cơ nhằm sử dụng động cơ có hiệu quả, đồng thời đưa ra những kiến nghị để đảm bảo cho việc chế tạo động cơ ngày càng hoàn thiện hơn Để đáp ứng nhu cầu phát triển đó trường đại học Thủy sản Nha Trang đã và đang xây dựng và phát triển phòng khảo nghiệm động cơ nhằm phục vụ giảng dạy cho sinh viên Khảo nghiệm động cơ không những phục vụ giảng dạy trong trường mà còn giúp đánh giá động cơ, khuyến cáo việc nhập và sử dụng động hợp lý trong nghề cá nước ta hiện nay

Để đáp ứng nhu cầu phát triển đó tôi nhà trường và ban chủ nhiệm khoa cơ khí giao thực hiện đồ án tốt nghiệp: “Chọn động cơ Diesel và thiết kế lắp đặt với phanh E4 phục vụ giảng dạy về khảo nghiệm động cơ ở Đại học Thủy sản” Ngoài phần

mở đầu và kết luận, nội dung đồ án được trình bày qua 3 chương:

Chương 1: Giới thiệu chung về khảo nghiệm động cơ

Chương 2: Lựa chọn động cơ khảo nghiệm

Chương 3: Thiết kế lắp đặt tổ phanh E4 và động cơ

Chương 4: Quy trình khảo nghiệm động cơ

Do còn nhiều khó khăn và hạn chế, nên không tránh khỏi những thiếu sót nhất định trong qúa trình thực hiện đồ án Vì vậy tôi rất mong sự đóng góp và xây dựng ý kiến của các thầy cùng các bạn để nội dung đồ án được hoàn thiện hơn

Nhân đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành các thầy: PGS.TS Dương Đình Đối, thầy Phan Thanh Dược, các thầy ở bộ môn động lực khoa cơ khí và ban chủ nhiệm khoa cơ khí đã dày công giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Nha Trang, ngày 19 tháng 06 năm 2006 Sinh viên thực hiện

Trần Văn Hưng

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ

1.1 KHÁI QUÁT

Ngày nay, động cơ Diesel là một loại thiết bị động lực chủ yếu được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực: Nông nghiệp, Công nghiệp, Ngư nghiệp, Lâm nghiệp, Giao thông vận tải, Quốc phòng… Song chúng điều có những thông số đặc trưng cho chu trình công tác (áp suất chỉ thị trung bình, công suất chỉ thị, hiệu suất chỉ thị…) và các thông số đặc trưng cho sự làm việc của động cơ (áp suất có ích trung bình, công suất có ích, suất tiêu hao nhiên liệu…) Trong thiết kế, chế tạo cũng như trong sử dụng việc xác định công suất cũng như các thông số khác của động cơ là một vấn đề cần thiết, nhằm góp phần sử dụng động cơ có hiệu quả kinh tế cao nhất trong điều kiện cho phép cũng như đưa ra những kiến nghị đãm bảo cho việc chế tạo và sữa chửa động cơ được tố hơn

v Trong các thông số của động cơ Diesel thì công suất là thông số quan trọng, đánh giá trực tiếp về tính năng của động cơ Vì vậy việc xác định công suất cho các động cơ nhằm mục đích:

Ø Kiểm nghiệm động cơ trước khi xuất xưởng (nhằm kiểm tra động cơ sau khi thiết kế, chế tạo có đạt được những chỉ tiêu đề ra không)

Ø Kiểm nghiệm động cơ sau khi sữa chửa lớn

Ø Khi động cơ đang hoạt động có nhu cầu kiểm nghiệm (chẳng hạn kiểm tra suất tiêu hao nhiên liệu để kịp thời điều chỉnh nhằm tiết kiệm nhiên liệu…)

Ø Tổ chức khai thác động cơ hợp lý, an toàn và tin cậy

Ø Giúp quản lý các phương tiện khác

v Việc khảo nghiệm động cơ có ý nghĩa rất quan trọng trong sử dụng, sữa chửa động cơ và trong nghiên cứu, thiết kế, chế tạo

Ø Khi biết được công suất của động cơ thì ta có thể xem xét đánh giá chế độ hoạt động của động cơ, đảm bảo cho việc khai thác hợp lý, an toàn và tin cậy, có lợi

về mặt kinh tế Vì vậy, đối với người sử dụng, việc xác định công suất có ý nghĩa to lớn về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật

Ø Trong nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, việc xác định công suất động

cơ có ý nghĩa trong đánh giá mức độ hoàn thiện của chu trình công tác về hiệu suất và các yếu tố liên quan đến chất lượng tổ chức, sắp xếp quá trình công tác cũng như về sự hoàn thiện về mặt kết cấu của động cơ

1.2 CÁC THIẾT BỊ KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ

Trong quá trình khảo nghiệm động cơ, trong điều kiện cho phép thường người ta chỉ khảo nghiệm hai thông số: công suất và suất tiêu hao nhiên liệu

1.2.1 Thiết bị đo công suất

1.2.1.1 Phanh cơ khí

· Cấu tạo

1: Trục động cơ 4: Má phanh 2: Puly 5: Bu lông điều chỉnh trục phanh 3: Tấm ma sát 6: Thiết bị cân lực

Trong đ ó: Mx = Mcb = P l

V ới: P- trị số l ực lấy trên thiết bị cân lực

l- cánh tay đòn được gá chặt trên phanh

Ta có công suất của động cơ:

Ne =

75 30

.P n l

p

(HP)

· Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

Phanh cơ khí là loại phanh ra đời sớm nhất, có kết cấu đơn giản, dễ sử dụng và có

độ chính xác cao Tuy nhiên nó làm việc không ổn định, khó điều chỉnh do lượng nhiệt phát ra lớn Loại phanh này chỉ đo được dải công suất hẹp, nên ít được sử dụng

1.2.1.2 Phanh thủy lực

· Cấu tạo

Phanh thủy lực là loại phanh được dùng phổ biến hiện nay Chúng rất đa dạng

về kết cấu với các loại chính sau:

- Phanh thủy lực kiểu đĩa

- Phanh thủy lực kiểu cánh

- Phanh thủy lực kiểu buồng

- Phanh thủy lực kiểu chốt

- Phanh thủy lực kiểu màng

- Phanh thủy lực kiểu thể tích

Song chúng điều có cấu tạo như sau: bao gồm rôto, stato, bánh công tác thiết bị cân lực và hệ thống cấp nước Stato được đặt trên một gối đỡ phụ có thể dao động tự

do quanh trục Rôto được gắn liền với trục động cơ Trên rôto có gắn các đĩa ( cánh chốt…) Cấu tạo được thể hiện rỏ trong hình

H 1-2: Sơ đồ cấu tạo Phanh thủy lực

Tùy theo lượng nước, kết cấu của phanh mà có mức độ tải khác nhau Khi không

có nước thì rôto của phanh chạy không, động cơ chạy không tải Khi có nước rôto

quay tạo lực mômen thông qua môi trường nước sẽ làm cho vỏ stato quay (do ma sát gữa nước và rôto)

Người ta gắn trên stato một cánh tay đòn lực để giử cho vỏ stato đứng yên, phía đuôi tay đòn có gắn với một thiết bị cân lực Thiết bị cân lực nhận được một mômen cân bằng, cân bằng với mômen ma sát thủy động tác dụng lên phanh thủy lực Chất lỏng dùng trong phanh thường là nước vì: nước có nhiệt dung lớn, có độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ Do năng lượng nhận được từ phanh thủy lực chuyển thành nhiệt và làm nóng chất lỏng nên ta có thể tính toán được công suất tiêu hao của phanh:

Mf = Gn C.(Tr – Tv ) Trong đó:

Mf - công suất tiêu hao trong phanh thủy lực

Gn - lượng nước cần thiết cho phanh làm việc

Tr ,Tv - nhiệt độ nước tại cửa vào và cửa ra của phanh

Do đó công suất cần đo sẽ bằng công suất trên lực kế cộng với công suất tiêu hao trong phanh thủy lực

Mđ = Gn C.(Tr – Tv )

· Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng

Đây là loại phanh có kết cấu đơn giản, hoạt động tin cậy, chăm sóc đơn giản,

có thể đo được dải công suất lớn từ vài mã lực đến hàng chục ngàn mã lực Do đó

nó được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên loại phanh này không có thể sử dụng năng lượng do động cơ sinh ra, có mômen quán tính lớn

1.2.1.3 Phanh điện

Loại phanh này có ưu điểm là có thể làm ở chế độ máy phát và ở chế độ động cơ

Nó có thể khởi động động cơ, chạy rà nguội và xác định tổn thất cơ khí của động cơ

ở chế độ động cơ Còn ở chế độ máy phát nó sinh ra mômen hãm và dòng điện Do

đó nó được sử dụng rộng rãi trong khảo nghiệm

Tùy theo cấu tạo mà có thể chia ra các loại phanh sau:

- Phanh điện dòng điện xoáy

- Phanh điện dòng điện một chiều

- Phanh điện dòng điện xoay chiều

1.2.2 Thiết bị đo lượng tiêu hao nhiên liệu

Ta cần xác định lượng nhiên liệu tiêu hao trong quá trình khảo nghiệm nhằm xác định lượng tiêu hao nhiên liệu trong giờ, suất tiêu hao nhiên liệu…Từ đó đánh giá tính tiết kiệm của động cơ và chọn nhiên liệu cho động cơ hợp lý hơn

Thiết bị đo lượng nhiên liệu rất đa dạng, ở đây chỉ trình bày một vài phương pháp

đo thông dụng

1.2.2.1 Phương pháp đo thể tích

Người ta dùng một bình thủy tinh gồm 3 phần thông nhau có thể tích là V1, V2,

V3 nối thông với nhau bằng rảnh hẹp Trên bình có khắc vạch chia để đo, và có gắn một van 3 ngã

Khi ở vị trí I- nhiên liệu đến thẳng động cơ mà không qua bình, vị trí II- nhiên liệu vừa vào động cơ vừa vào bình, vị trí III- nhiên liệu từ bình đo đến động cơ Khi

đo ta để van ở vị trí III và tính thời gian

3 D

(kg/h) Với: ∆V - thể tích nhiên liệu tiêu thụ trong một lần đo (cm3)

t - thời gian một lần đo (s)

rnl - khối lượng riêng của nhiên liệu (g/ cm3)

H 1-3:Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu bằng phương pháp thể tích

1 Thùng nhiên liệu 2 Van 3 ngã 3 Bình đo

1.2.2.2 Phương pháp đo trọng lượng

Phương pháp này cũng giống như phương pháp đo thể tích, song ở đây lượng

nhiên liệu được đo xác định bằng cách cân

H 1-4: Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu bằng phương pháp trọng lượng

1 thùng nhiên liệu, 2 cân, 3 bình chứa nhiên liệu, 4 van 3 ngả

Lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giờ được xác định theo biểu thức:

(kg/h) Trong đó:

∆G - Trọng lượng nhiên liệu tiêu hao trong một lần đo (gam)

t - thời gian ứng với lượng nhiên liệu tiêu thụ được đo (s)

- Thiết bị đo khói

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ

1.3.1 Phương pháp cân bằng lực

Thiết bị đo công suất của động cơ loại cân bằng gồm có hai phần: thiết bị gây tải

và thiết bị gây lực, hai phần này độc lập với nhau Thực chất là người ta tác dụng lên thân phanh một lực cân bằng với lực làm quay thân thiết bị Người ta đo lực tác dụng lên thân bằng một thiết bị cân lực Đây là phương pháp sử dụng chủ yếu trên các bệ thử Tính toán công suất theo công thức sau:

Ne=

30

.n p

(Mx ± Mms + Mf )

=

30

.n p

(P.l ± Mms + Mf ) Trong đó:

Mx - mômen xoắn thu được qua thiết bị đo (KN.m, KG.m)

n - tốc độ quay của động cơ (v/ph)

P - lực thu được trên thiết bị đo (KN, KG)

l - cánh tay đòn trên thiết bị gây tải (m)

Mms - mômen ma sát cuat thiết bị đo ở các gối trục

Mf - mômen tổ hao trên thiết bị gây tải

Người ta đưa giá trị Mms vàMf vào trị số sai số của phép đo Tùy theo từng thiết

bị mà các giá trị của Mms vàMf sẽ khác nhau

Sau đây là một số phương pháp đo công suất bằng phương pháp cân bằng lực:

1.3.1.1 Phương pháp cân bằng lực kiểu cơ học

Phương pháp cân bằng này hoàn toàn bằng cơ học nên độ chính xác thấp, độ nhạy

tinh chỉnh kém, song dễ diều khiển dễ sử dụng

H 1-5 Cơ cấu cân bằng kiểu con lắc

1 Giá 6 Ống lót 11 Giá đỡ

2 Cần nối 7 bánh răng 12 Bộ giảm chấn

3 Trục lệch tâm 8 Quạt răng 13.Mặt đồng hồ lực

4, Trục bánh răng 9 Cầu nối của đối trọng

5 Kim của đồng hồ đo lực 10 Đối trọng

1.3.1.2 Phương pháp cân bằng lực kiểu thủy lực và khí nén

Nguyên tắc đo là biến đổi lực cần đo thành áp suất của chất lỏng hay chất khí, lúc

đó áp kế sẽ đo

Cấu tạo gồm : một cặp piston, xylanh có khả năng đo được lực từ xa với một giá

trị lực lớn bất kỳ Lực cần đo khi tác dụng vào piston sẽ gây ra áp lực trên chất lỏng

có mối quan hệ:

F = p Sh Khi mà Sh = const thì p và F tỷ lệ với nhau Lúc đó đo được F thì có p

T ùy theo Sh mà người ta chia thiết bị ra các nhóm sau:

§ Lực kế kiểu chất lỏng tĩnh

§ Lực kế kiểu chất lỏng hay chất khí có bộ phận truyền dẫn

§ Lực kế kiểu bù

Ưu điểm của loại cân thủy lực là đo được phạm vi lớn, nhưng nhược điểm

là độ chính xác của nó phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của chất lỏng

1.3.1.3 Phương pháp cân bằng kiểu cơ điện

H 1-6 Sơ đồ cơ cấu cân bằng kiểu cơ điện

1 Máy phát tốc 2.Stato của phanh 3.Cầu nối 4.Cần bảy

5.Vỏ của cầu truyền lực 6.Con chạy 7.Cuộn dây biến trở 8.Đồng hồ đo công suất

9.Cáp treo 10.Lò xo lực 11 Đế lò xo

1.3.2 Phương pháp không cân bằng lực

Đặc điểm chung của thiết bị đo này là:

- Động cơ làm quay rôto của thiết bị, thân thiết bị đứng yên, thiết bị này cho ta các thông số trên đồng hồ đo (vôn kế, ampe kế, áp kế…) từ đó tính ra công suất của động cơ

- Không có thiết bị cân lực kèm theo

Phương pháp này dùng chủ yếu trong các loại động cơ nhỏ của tàu cá

1.3.2.1 Động cơ lai máy phát điện

Khi trục rôto của máy phát nối với trục động cơ, lúc mà động cơ quay thì rôto quay quanh stato làm trong stato xuất hiện một từ trường Nó làm xuất hiện xuất điện động trong các đầu dây, lúc đó sẽ có một dòng điện xuất hiện khi mạch ngoài kín

Các thông số của nó tùy theo loại máy phát mà sử dụng thiết bị phù hợp Máy phát xoay chiều có công suất được tính:

hf d f

e

I U

UФ , IФ - Giá trị điện áp v à dòng điện xoay chiều mà máy phát ra

W - giá trị đọc được trên oát kế (w)

ηd - hiệu suất truyền động

m - số pha

cosφ - hệ số công suất của máy phát điện

với máy một chiều thì công suất:

hd

e

I U

N = 10-3 (KW) Trong đó: U, I là giá trị điện áp và dòng điện một chiều

1.3.2.2 Động cơ lai máy bơm

Khi động cơ truyền năng lượng cho máy bơm để đưa chất lỏng đi xa hoặc lên cao,

thi năng lượng chất lỏng gồm hai phần: động năng (v2/2g), áp năng (p/γ)

Căn cứ vào đó người ta xác định công suất của động cơ:

Ntl = G.H = γ Q H (HP) Trong đó:

G = γ Q - lưu lượng trọng lượng của bơm (N/s)

Q - lưu lượng của bơm (m3/s)

γ - trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)

H - cột áp của bơm (m.H2O)

Do quá trình hoạt động của bơm thường có tổn thất năng lượng như: tổn thất cơ khí, tổn thất thủy lực, tổn thất lưu lượng, nên công suất của động cơ:

h h

hck tl tl ll

N = (KW) Trong đó:

ηck, ηtl, ηll – hiệu suất của hệ truyền động, thủy lực và lưu lượng

t

t p e

j

= (KG.M) Trong đó:

G - môdun đàn hồi của vật liệu chế tạo trục (KG/m2)

Jp - mômen quán tính độc cực của trục

Lt - chiều dài đoạn trục cơ sở để đo góc xoắn (m)

φt - góc xoắn giữa hai mặt cắt ở mút đoạn trục cơ sở

Với hệ trục cụ thể thì const

L

J G

t

p= , thì ta chỉ cần xác định φt Lúc đó người ta chế tạo thiết bị xác định góc xoắn giữa hai mặt cắt của đoạn trục, ta có công suất của động cơ được xác định:

1.4 PHANH THỦY LỰC E4 Ở TRƯỞNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN

Đây là loại phanh thủy lực kiểu chốt, thuộc hãng VEB Shon- beck (Ebbe) của Cộng hòa dân chủ Đức, sản xuất năm 1969

Khối lượng của phanh: 900 (kg) Tốc độ quay lớn nhất: 3500 (v/ph)

Có thể đo công suất tối đa là: 650 (HP)

1.4.1 Cấu tạo phanh thủy lực E4

- Phanh có hai phần chính là: rôto và stato

+ Rôto là một tang hình trụ được lắp chặt trên trục của phanh, mặt ngoài của rôto

có 4 hàng chốt, mỗi hàng có 16 chiếc bắt chặt theo hướng kính Trục được gối trên hai ổ bi cầu, vòng ngoài của ổ bi tỳ vào stato, nhờ đó rôto quay trơn trên hai ổ bi + Stato là một vỏ trụ kín gồm hai nữa ghép lại bằng bulông, bên trong stato có 2 hàng chốt, mỗi hàng có 16 chiếc và mặt vách ngăn ở giữa các hàng chốt của rôto và của stato đặt xen kẻ nhau Phía ngoài Stato có gắn hai đường dẫn nước vào phanh Stato được gắn trên hai ổ bi cầu được tỳ trên bệ đỡ của phanh, nên nó cũng có thể quay tự do

- Ngoài ra phanh còn có cơ cấu cân, van xã nước, bộ giảm chấn, giá đỡ, các bích nối dùng chế nước khi thử động cơ

1.4.1.1 Cơ cấu cân

· Cấu tạo

H.1-8 Sơ đồ cơ cấu cân

1 Giá vỏ phanh 2 Tay đòn truyền 3 Trục lệch tâm

4 Trục 5 Kim chỉ lực 6 Bảng chỉ lực

7 Bánh răng trụ 8 Bánh răng quạt 9 Ổ lăn

10 Tay đòn cân 11 Quả lặc 12 Đế

Cơ cấu cân bao gồm: tay đòn truyền (2) nối giá (1) của vỏ phanh với trục lệch tâm (3) Đầu còn lại của trục lệch tâm được gắn với tay đòn cân (9) và quả lắc (10) Đồng thời phía trên trục này còn gắn một vành răng hình quạt (8) và vành răng này

ăn khớp với bánh răng trụ thẳng (7) được lắp trên trục (4) Trên đầu trục có gắn bảng chỉ lực và kim chỉ lực (5) Để giảm ma sát và tăng độ nhạy của thiết bị, trục (4)

và trục lệch tâm được đặt trên các ổ lăn

· Nguyên lý làm việc

- Khi phanh làm việc thì Stato sẽ quay quanh trục một góc nhất định, giá (1) được gắn với Stato nên cũng quay, do có liên kết với giá nên tay đòn truyền sẽ dịch chuyển lên hoặc xuống một đoạn tùy theo chiều quay của Stato

- Dịch chuyển của tay đòn làm cho trục lệch tâm quay trên ổ lăn, khi đó cả vành răng và tay đòn gắn quả cân cũng quay Vành răng quay làm kim chỉ lực quay chỉ giá trị lực Tay đòn và đối trọng quay sẽ cân bằng với lực lệch tâm trên trục lệch tâm

do phanh gây ra

- Lực P của vỏ phanh được đặt ở cánh tay đòn r (r bán kính lệch tâm của trục lệch tâm), tải trọng cân bằng Q đặt cách tay đòn là: b Dưới tác dụng của lực P sẽ lệch một góc α so với phương thẳng đứng và được giữ ở vị trí này

- Điều kiện cân bằng: P.r = Q.b.Sinα

a

Sin r

b Q P

.

.

= Þ

- Với các giá trị Q, b,r đã biết nên là hằng số, vậy lực

P trên vỏ phanh tỷ lệ với Sinα một góc lệch so với trục thẳng đứng của quả lắc Các giá trị lực được chia đều trên thang chia theo đơn vị (kG)

· Ưu, nhược điểm của cơ cấu cân: H.1-9 Sơ đồ lực trên cân

- Lực kế có kết cấu đơn giản, có tính thuận nghịch nên được sử dụng rộng rãi trong các loại phanh

- Độ chính xác không cao (sai số1%) đo có những khe hở và chịu tác dụng của lực

ma sát ở các ổ đỡ

1.4.1.2 Chốt khuấy nước

v Cấu tạo

Trong phanh có các chốt gắn trên Roto

và Stato, các chốt này được gắn xen kẽ nhau tạo ra sức cản của phanh đối với nước và truyền mômen cản Chốt có cấu tạo hình trụ vuông, trên hai bề mặt có các

a

rảnh Phía trên chốt có một đoạn ren để lắp vào Roto và Stato

v Nguyên lý hoạt động H.1-9 Chốt khuấy nước

- Khi Roto quay, các hàng chốt được gắn trên Roto cũng quay theo Nước trong các hốc của chốt sẽ quay theo, lúc này chốt sẽ gạt nước sang hai bên, nước sẽ vừa quay vừa đập vào các chốt của Stato và tạo nên một áp lực lên chốt của Stato Chính các áp lực này tạo nên tạo nên các lực ma sát giữa nước và Stato lực ma sát này tỷ

lệ với áp lực do nước gây ra Chính lực ma sát này giữ cho nước và các chốt của Stato dính nhau và cùng chuyển động Nên kết quả là trục phanh quay cũng làm cho Stato cũng quay

- Trong quá trình làm việc do ma sát giữa nước và chốt, nước bị nóng lên, do đó người ta cần điều chỉnh lượng nước vào và ra sao cho nhiệt độ nước ra khỏi phanh khoảng 50¸70 oC

1.4.1.3 Van xã nước

Ø Cấu tạo

- Phanh E4 có hai van xã nước để điều chỉnh tải của phanh, chúng có cấu tạo giống nhau Hai van này được liên kết với nhau bởi một trục, trên đó gắn hai bánh răng nón (8), vì vậy hai van có thể truyền động cho nhau

Trục truyền động này vuông góc với hai trục của tay quay hai van

c

b

a

c

H.1-10 Van xã nước

1 Ống trụ khuyết 2 Bánh vít 3 Trục vít 4 Ống thoát nước

5 Trục Các đăng kép 6 Bạc lót trục tay quay 7 Giá đỡ phần trên

8 Bánh răng nón 9 Tay quay 10 Giá đỡ phần dưới

- Ống trụ khuyết (1): (h.1-10 b) đây là một ống trụ rỗng có khoét bớt một phần ở giữa

- Ống thoát nước (4) có bề mặt tùy sát vào ống trụ khuyết và thông với khoang xã nước của phanh (H.1-10 a)

- Bánh vít (2) ăn khớp với trục vít (3), nó được hàn chặt vào ống trụ khuyết

- Trục vít được gắn với trục các đăng (5) và tay quay (9)

- Giá đỡ tay quay gồm hai phần: phần trên (7) và phần dưới (10) Hai nữa này có dạng hình bán cầu (H.1-10 c), hai nữa này ghép với nhau bằng các bulông Ở hai đầu có hai nữa hình trụ để làm chỗ tựa cho tay quay và xem như bạc lót trượt của tay quay (6)

- Tay quay (9) là vô lăng có 3 nan hoa được gắn chặt với trục tay quay

Ø Nguyên lý hoạt động

- Khi điều chỉnh tải cho phanh người ta điều chỉnh lượng nước bằng cách quay tay quay (9), lúc đó bánh răng (8) sẽ quay và truyền chuyển động đồng thời cho trục các đăng kép và van thứ hai Trục vít nhận truyền động từ trục Các đăng và truyền cho bánh vít, làm ống trụ khuyết xoay Khi mà ống trụ khuyết xoay đến vị trí phần khuyết của ống thông với ống thoát nước thì nước bắt đầu thoát ra Diện tích thông giữa hai phần này càng nhiều thì nước chảy ra càng nhiều và ngược lại

- Khi đóng van người ta quay tay quay ngược lại sao cho truyền động đến ống trụ khuyết xoay mà phần khuyết không thông với ống thoát nước

Ø Ưu, nhược điểm

- Loại van này hoạt động tin cậy bảo đảm sự đồng điều giữa hai van

- Kết cấu phức tạp

- Giá (4) nối với vỏ phanh và nối với bộ giảm chấn thông qua khớp bản lề Thân của bộ giảm chấn gồm hai nữa được ghép với nhau bằng các bulông Phía trong có piston và dầu thủy lực

· Nguyên lý hoạt động

Khi phanh hoạt động ở một chế độ tải nào đó thì Piston cân bằng, nhưng khi tải thay đổi Stato quay là piston chuyển động lên xuống Khi chuyển động xuống, thì dầu bị ở phía dưới bị nén và di chuyển lên trên phía trên của piston qua các khe hở, các khe hở này rất nhỏ nên dầu di chuyển qua chậm làm piston cũng dịch chuyển chậm làm phanh dao động ít Khi piston đi lên thì ngược lại, cứ như thế piston lên xuống, làm áp xuất dầu sẽ thay đỗi liên tục piston nhanh chong đạt vị trí cân bằng

1.4.1.5 Kết cấu giá đỡ

Phanh được đặt trên hai giá đỡ nằm ở hai đầu Giá đỡ gồm hai nữa liên kết nhau bằng các bulông

H.1-12 Kết cấu giá đỡ

1 Lỗ thông dầu 2 Lỗ tra dầu

3 Trục Vít 4 Ổ lăn

5 Trục phanh 6 Mặt bích 7 Đế giá đỡ

1.4.2 Nguyên lý làm việc của phanh thủy lực E4

Phanh làm việc dựa vào nguyên lý ma sát

-Khi động cơ hoạt động, mômen quay sẽ truyền qua trục của phanh thông qua khớp nối Trục phanh quay làm rôto quay, lúc đó nước bên ngoài đưa vào cũng sẽ quay theo nhờ các hàng chốt và lực ly tâm do rôto quay sinh ra Khi nước quay sẽ tạo nên một vành trụ nước vừa quay vừa dạt qua hai bên Khi nước dạt qua hai bên

và đập vào các chốt của Stato gây nên một áp lực lên các chốt này Chính áp lực này tạo nên một lực ma sát và lực ma sát này giữ cho chốt của stato quay theo nước

- Khi Stato quay, nhờ tay đòn truyền ma cơ cấu cân làm việc Trục lệch tâm quay trên hai ổ bi đặt trong trụ đỡ mặt đồng hồ cân, đầu ngoài của trục có lắp một vành răng và tay đòn, đầu dưới của tay đòn lắp quả cân Tay đòn và quả cân tạo thành một cơ cấu cân kiểu con lắc, cơ cấu này khi hoạt động tạo nên một mômen quay cân bằng với mômen quay do stato gây ra

Trong phanh toàn bộ năng lượng có ích do động cơ phát ra được truyền cho nước

và làm nóng nước trong phanh

1.4.3 Xác định công suất của động cơ bằng phanh E4

Công suất của động cơ được tính: w

75

M

e= (HP) Trong đó:

Me - mômen có ích của động cơ (KG.m)

w= với n (v/ph) là số vòng quay của động cơ

=> Ne = 0,001.P.n (HP) Với k = 0,001 Hằng số của phanh E4

1.4.4 Ưu nhược điểm của phanh

- Phanh làm việc tin cậy, điều chỉnh dễ dàng, cho phép khảo sát động cơ có công suất lớn đến 650 (HP) và tốc độ quay là 3500(v/ph) nên có thể khảo nghiệm nhiều loại động cơ khác nhau

- Tuy nhiên kết cấu phứcc tạp, kích thước chiếm chổ lớn, gây khó khăn vận chuyển, lắp đặt cũng như sửa chữa Quán tính phanh lớn, gây khó khăn trong khảo nghiệm những động cơ nhỏ Không sử dụng được năng lượng do động cơ phát ra khi khảo nghiệm

Chương 2 LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ KHẢO NGHIỆM

2.1 ĐẶC VẤN ĐỀ

Nhằm đáp ứng cho việc khảo nghiệm phục vụ giảng dạy tại trường, đòi hỏi

phải có một động cơ đáp ứng được yêu cầu khảo nghiệm: tính kinh tế cao, phù hợp với phanh E4, gọn nhẹ trong bố trí lắp đặt và đạt hiệu quả cao trong khảo nghiệm Trong điều kiện ở xưởng thực tập của trường cũng có các động cơ Diesel, tuy nhiên những động cơ đó không đáp ứng được tốt cho việc khảo nghiệm Các động cơ YANMAR như: 4CHE, 6HA HTE thì nhiều xy lanh và công suất quá lớn, khi khảo nghiệm thì chi phí vận hành lớn, và đã củ nên khi khảo nghiệm sẽ không còn chính xác Còn một động đang lắp là D12 thì có công suất quá nhỏ, số vòng quay lại lớn

nên phải qua hộp số mới đến phanh

2.2 CHỌN ĐỘNG CƠ KHẢO NGHIỆM

2.2.1 Sơ lược về động cơ Diesel được chọn

Để chọn động cơ đáp ứng các yêu cầu khảo nghiệm trên, tôi đã tham khảo động

cơ ngoài thị trường cùng với thống nhất ý kiến của thầy hướng dẫn và đi đến quyết

định chọn động cơ Diesel DS230R của công ty chế tạo động cơ VINAPPRO Động

cơ này có ưu, nhược điểm sau:

- Động cơ được sản xuất tại Việt Nam

- Động cơ có một xy lanh tiện lợi trong khảo nghiệm, và tiết kiệm nhiên liệu

- Động cơ có công suất vừa phải phù hợp với việc khảo nghiệm tại trường

- Động cơ có kích thước gọn nhẹ phù hợp với việc bố trí trong xưởng

- Động cơ có số vòng quay hơi cao, mômen quán tính nhỏ

H 2-1 Động cơ Diesel DS230R

2.2.2 Các thông số kỹ thuật của động cơ

- Model: DS230R

- Công suất liên tục: Ne = 19 (HP)

- Công suất tối đa: Nemax = 23 (HP)

- Suất tiêu hao nhiên liệu: ge = 190 (g/HP.h)

- Hệ thống đốt cháy: phun trực tiếp

- Thủng chứa dầu: V = 20.3 (L)

- Trọng lượng: 203 (Kg)

- Kích thước: 962x468x657 (mm)

2.2.3 Bảng đặc tính động cơ

Chương 3 THIẾT KẾ LẮP ĐẶT TỔ PHANH E4 – ĐỘNG CƠ

Trong giới hạn đề tài tôi làm chỉ chọn động cơ và thiết kế lắp đặt động cơ với phanh E4 để phục vụ giảng dạy tại trường, tuy nhiên phanh E4 là phanh có dãi công suất đo rất lớn Để phát triển phòng khảo nghiệm sau này có thể đo nhiều động cơ

có công suất khác nhau trên phanh E4, cần phải trang bị thêm các thiết bị Vì vậy tôi chỉ có thể thiết kế lắp đặt tổ hợp phanh với những diều kiện hiện có trong trường, song cũng phải tuân theo một số yêu cầu sau:

Ø Cần trang bị thêm các trang thiết bị chuyên khảo nghiệm động cơDiesel

Ø Trang thiết bị phải được sắp xếp phù hợp với phòng khảo nghiệm có sẵn

Ø Tận dụng có hiệu quả các trang thiết bị có sẵn

Ø Các hệ thống phục vụ phải đầy đủ, thiết kế khoa học, phù hợp với điều kiện xung quanh

Ø Các thiết bị làm việc tin cậy, phục vụ tốt công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học

3.1 ĐIỀU KIỆN HIỆN CÓ VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT

3.1.1 Phòng thí nghiệm

Được sự quan tâm của ban lảnh đạo các cấp, trường Đại học Thủy sản không ngừng phát triển, xây dựng cơ sở hạ tầng phục vụ giảng dạy Trường đã xây dựng mới các phòng làm việc cũng như phòng bố trí các thiết bị thí nghiệm cho khoa Cơ khí Phòng khảo nghiệm động cơ cùng chung với phòng chứa các loại động cơ khác trong xưởng thực tập động cơ Đó là xưởng mới xây nằm ở tầng trệt cạnh khu Ký túc xá cao học Trong đó khoảng trống riêng để bố trí hệ thống phanh và động cơ khảo nghiệm Kích thước không gian: 5000x5000x5000 Ta cần bố trí phanh E4,

động cơ DS230R, các hệ thống nhiên liệu, hệ thống nước và các thiết bị khác như:

cân đo lượng nhiên liệu, bàn làm việc, két dầu bôi trơn,các thiết bị sửa chữa…

3.1.2 Phanh thủy lực E4

Phanh thủy lực của trường đã trình bày ở chương 1

3.1.3 Động cơ Diesel

Động cơ DS230R đã chọn ở trên ở chương 2

3.1.4 Các hệ thống đường ống và các thiết bị khác

Trong phòng khảo nghiệm càng có các hệ thống như: hệ thống nước, hệ thống

nhiên liệu và các thiết bị như cân, két dầu bôi trơn, dụng cụ phục vụ sửa chữa động

cơ Cụ thể các hệ thống sẽ được mô tả sau:

3.1.4.1 Hệ thống nước

Như đã nói trên, để phát triển phòng khảo nghiệm và tận dụng hết công suất của

phanh sau này thì hệ thống nước cũng như các hệ thống khác cần phải thiết kế hợp

lý về sau Do đó hệ thống nước không những cấp cho phanh hoạt động để khảo nghiệm động cơ bây giờ mà còn phục vụ cho các động cơ sau này mà phanh có thể

đo, hộp số Việc bố trí hệ thống nước phục vụ cho tổ hợp phanh không thể theo tiêu chuẩn nào mà cần tuân theo điều kiện thực tế nơi lắp đặt

Theo tìm hiểu của tôi, thì phòng thí nghiệm được đặt ở tâng trệt, nên ta có thể lấy nước từ két nước dùng chung trên sân thượng rồi đưa xuống két trực nhật được bố trí bên phòng khảo nghiệm Sau đó nước được đưa xuống phanh và động cơ

H.3-1 Sơ đồ hệ thống nước phòng khảo nghiệm

1 Đường nước tới két trực nhật

2 Két trực nhật

3 Đường nước vào phòng khảo nghiệm 4,6 Đường nước tới động cơ

5 Đường nước tới phanh

7 Đường nước xả ra ngoài

3.1.4.2 Hệ thống nhiên liệu

Tương tự như hệ thống nước, hệ thống nhiên liệu cần được quan tâm đặc biệt hơn Bởi vì nó quyết định quá trình khảo nghiệm động cơ và là thông số quan trọng cần xác định khi khảo nghiệm Hệ thống cần được thiết kế phù hợp, chính xác, đường ống lắp đặt cẩn thận, khoa học

Nhiên liệu được chứa trong một két đặt trên kệ cao để tạo thế năng, rồi được xuống cốc đo và tới động cơ

6 Đường nhiên liệu tới động cơ

7 Đường nhiên liệu tới động cơ khác

3.1.5 Chọn phương án

Nhìn chung ở Việt Nam chưa có nơi nào bố trí phòng khảo nghiệm đạt tiêu chuẩn, song chỉ bố trí cho hợp lý với nơi được bố trí Tùy theo điều kiện từng nơi như phòng ốc, hệ thống nước, mà mỗi nơi có phương án bố trí khác nhau Nhằm bố trí lắp đặt các thiết bị khảo nghiệm một cách hiệu quả cũng như đáp ứng cho việc giảng dạy tốt nhất Tôi đã tham quan một vài phương án lắp đặt hệ thống phanh và động

cơ sau:

3.2.1.1 Phương án lắp đặt (cũ) tại trường Đai học Thủy sản

H.3-3 Sơ đồ bố trí tổ Phanh E4- động cơ(cũ) tại trường Đại học Thủy sản

Qua sơ dồ bố trí ta thấy tổ hợp phanh chỉ có thể đo hai động cơ cố định Tổ hợp này được bố trí trong một phòng rất hẹp, ít thoáng không phù hợp cho viêc khảo

nghiệm

3.2.1.2 Phương án lắp đặt tại trường Học viện Hải quân

H 3-4 Sơ đồ bố trí tổ hợp phanh E4- động cơ của trường Học viện Hải quân

Vị trí bố trí ở đây rộng rải, máy và trang thiết bị được trang bị đầy đủ, giá đỡ

động cơ là giá vạn năng có thể đỡ các loại động cơ mà phanh có thể đo rất tiện lợi Tuy nhiên trong phòng càng các thiết bị khác bố trí rất bề bộn , lộn xộn ảnh hưởng đến không gian trống của phòng, cũng như người điều khiển

3.1.6 Phương án lắp đặt sơ bộ

Qua tham khảo các phương án bố trí tôi đưa ra phương án bố trí sơ bộ tổ phanh E4- động cơ trong phòng khảo nghiệm mới như sau:

H.3-5 Sơ đồ bố trí tổ hợp phanh –động cơ

3.1.7 Phương án bố trí cụ thể

3.1.7.1 Phương án bố trí

Phòng thực tập bộ môn động lực khoa cơ khí mới xây có diện tích trên 170 m2, nhưng chỉ chừa một phần có diện tích 5x5 m2 để bố trí các thiết bị khảo nghiệm trong một góc của phòng

Sát vách phía trong tường, phía dưới bên góc trái ta đặt một cái bàn với kích thước 1000x800x1000 (mm), trên bàn ta đặt một cân và cốc đo nhiên liệu và các quả cân Trên cao là kệ, ta bố trí két nhiên liệu, két nhớt, và thùng dụng cụ cơ khí Độ cao của kệ này là 2(m), để khoản dưới ta có thể đi lại mà không vướn kệ Vì động

cơ khảo nghiệm được lắp cố định nên ta lắp phía trong nhưng chừa lối đi lại và tay quay, nên khoảng cách từ tường ra động cơ là 1(m) đủ có thể thao tác và đi lại trong quá trình khảo nghiệm Phanh và động cơ được bố trí theo trục dọc giữa, do động cơ

và phanh lắp trên một nền móng nên có khoảng cách ngắn gọn với một khớp nối dài

96 (mm) Phía ngoài của đầu phanh còn lại, chừa khoản trống để có thể giá di động cũng như hộp số để có thể khảo nghiệm các động cơ khác Hệ thống nước được bố

trí đơn giản, két nước đặt bên ngoài, các đường ống đi ngầm đưới nền để đến phanh

và động cơ Hệ thống nhiên liệu cũng vậy, do két nhiên liệu đặt trên cao ta chỉ đặt đường ống tới động cơ và các van sát vách và dưới nền để khỏi vướn

3.1.7.2 Các kích thước bố trí cụ thể

3.2 THIẾT KẾ MÓNG

3.2.1 Khái niệm

Móng máy hay móng dưới chủ yếu chịu tác dụng của tải trọng động Những tải

trọng này thường xuyên biến đổi rất nhanh chónh về giá trị, cũng như phương tác dụng và được gọi là lực kích thích Chính các lực kích thích thích này làm cho móng

và máy rung động, các chi tiết máy chóng hỏng, làm giảm công suất máy hoặc làm xấu chất lượng sản phẩm Đối với các máy chính xác và dụng cụ đo lường thì lực kích thích này gây ra những dao động làm trở ngại cho sự hoạt động bình thường của chúng, làm khó khăn trong điều khiển Ngoài ra dao động này cũng gây tác hại xấu đến sinh lý con người như: tăng mệt mỏi, giảm hiệu suất lao động

Vì vậy, để khắc phục các yếu tố trên đòi hỏi móng máy phải:

· Bền vững, ổn định, có khã năng chịu đựng tốt

R £ [R] (KG/m2) [1, tr232]

Với: R- áp lực ở dưới đáy móng do tải trọng gây ra

[R]-cường độ tính toán của đất nền dưới móng

· Không cho phép có độ lún, biến dạng làm mất sự hoạt động bình thường của máy

[A]- biên độ dao động cho phép của máy

· Ngoài ra máy cần phải đảm bảo mối ghép bulông neo máy

Bulông neo phải đảm bảo:

- Không bị dập ren, cắt khi chịu cắt

- Không bị đứt khi chịu kéo

- Không bị tuột ra khỏi khối bê tông

Để đơn giản trong quá trình tính toán nền móng cho phanh và động cơ, ta có thể đưa bài toán này về dạng đơn giản là thiết kế riêng cho phanh và động cơ

3.2.2 Thiết kế móng của động cơ DS320R.

3.2.2.1 Địa điểm đặt nền móng

Móng được đặt trên nền đấy tốt, đất sỏi pha cát có:

- cường độ tính toán của đất nền dưới móng