Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 xylanh diesel phun gián tiếp có buồng cháy three vortex combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học bio diesel (tham khảo động cơ 3 xilanh kubota d1703 m e3b)

6 nghiệp nhập khẩu từ ćc nước: Nga, Mỹ, Hàn Quốc...sản phẩm đã qua sử dụng của Nhật Bản, Hàn Quốc; các doanh nghiệp nhà nước chủ yếu tập trung ở Tổng Công ty ḿy động lực và máy nông ng

Trang 1

fuel in real life

Trang 2

vi

M C L C

Trang tựa trang Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ṭ iii

Tóm tắt iv

Mục lục vi

Danh sách các chữ viết tắt x

Danh sách các hình xi

Danh sách các bảng xvi

C h ơng 1 : T NG QUAN 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.1.1 T̀nh h̀nh khai th́c động cơ đốt trong ṭi Việt Nam 1

1.1.2 Công nghiệp ḿy động lực ṭi Việt Nam 5

1.1.3 Nhu cầu động cơ 3 xylanh ṭi Việt Nam 9

1.1.4 Nhiên liệu thay thế 10

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước vê đ ộng cơ 3 xy lanh sử dụng nhiên liê ̣u sinh ho ̣c 12

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ở nươc ngoai 12

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nươc 14

1.3 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của đề tài 16

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 16

Trang 3

vii

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu 16

1.4 Nhiệm vụ và giới ḥn của đề tài 16

1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài 16

1.4.2 Giới ḥn của đề tài 17

1.5 Phương ph́p nghiên cứu 17

1.6 Giá trị của đề tài 18

Ch ơng 2 : THIẾT KẾ M U Đ NG C B NG K THU T THIẾT KẾ NG C 19

2.1 Quy trình thiết kế mẫu động cơ 19

2.2 Giới thiệu kỹ thuật thiết kế ngược (reverse engineering) 19

2.2.1 Mở đầu 19

2.2.2 Vì sao phải thiết kế ngược 20

2.2.3 Quy trình kỹ thuật thiết kế ngược 21

2.2.4 Danh mục chi tiết chính của động cơ đã được quét 3D 25

2.3 Giới thiệu phần mềm Catia 26

2.3.1 Lịch sữ ra đời 26

2.3.2 T́nh năng của phần mềm Catia 27

2.3.3 Thiết kế 5 chi tiết động cơ mẫu bằng phần mềm Catia 30

2.4 Kết luận 43

Ch ơng 3 : C S LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Đ NG C 44

3.1 Tính toán nhiệt động cơ 44

3.1.1 Mục đ́ch t́nh tón nhiệt 44

3.1.2 Các thông số kết cấu 44

Trang 4

viii

3.1.3 Các thông số cần thiết cho quá trình tính toán nhiệt 45

3.1.4 Tính toán các quá trình 48

3.1.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình 55

3.1.6 Tính toán các thông số kết cấu của động cơ 56

3.1.7 Vẽ đồ thị công chỉ thị 57

3.2 T́nh tón động học và động lực học cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 60

3.2.1 T́nh tón động học 60

3.2.2 T́nh tón động lực học 65

Ch ơng 4 : TÍNH TOÁN S C B N CÁC CHI TIẾT B NG PH N M M ANSYS 79

4.1 Quy trình tính toán sức bền 79

4.2 Giới thiệu chung về phương ph́p phần tử hữu ḥn (FEA) 79

4.3 Giới thiệu chung về phần mềm tính toán sức bền Ansys 81

4.3.1 ng dụng của phần mềm Ansys trong lĩnh vực công nghiệp 82

4.3.2 Cấu trúc bài toán trong phần mềm Ansys 85

4.3.3 Quy trình phân tích và mô phỏng 86

4.3.4 Kết quả thực hiện 89

4.4 Kết luận 115

Ch ơng 5 : THIẾT KẾ C I TIẾN Đ NG C M U S D NG NHIÊN LI U BIODIESEL 116

5.1 Giới thiệu về Biodiesel 116

5.2 Đặc điểm của động cơ mẫu 117

5.3 Vấn đề hòa trộn Biodiesel trên động cơ 119

5.4 Vấn đề hòa trộn Biodiesel trên động cơ có buồng cháy TVC 123

Trang 5

ix

5.5 Nghiên cứu cải tiến động cơ 125

5.5.1 Cách nhiệt cho buồng cháy xoáy lốc 126

5.5.2 Cải tiến đỉnh piston 127

5.5.3 Sử dụng thêm các cửa buồng cháy phụ 128

5.5.4 Đề suất cải tiến 129

5.5.5 Thiết kế cải tiến buồng cháy phụ trên phần mềm Catia 130

5.6 Kết luận 133

Chương 6 K T LU N VÀ Đ NGH 134

6.1 Tóm tắt kết quả đề tài 134

6.2 Đ́nh gí kết quả của đề tài 136

6.3 Đề nghị hướng phát triển của đề tài 136

K HO CH D KI N TH C HI N Đ TÀI 138

PH L C 139

TÀI LI U THAM KH O 149

Trang 6

x

ATDC After top dead center

BTDC Before top dead center

IDI Indirect injection

TVC Thee Vortex Combustion

NURBS Non-uniform rational B-spline

Trang 7

xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 : Thị phần động cơ phục vụ cho nông nghiệp Việt Nam 6

Hình 1.2 : Thị phần động cơ 3 xylanh 30-50 Hp trong tổng số động cơ nhiều xy lanh từ 20 – 90 Hp 10

Hình 1.3 : Lượng khí thải trung bình của nhiên liệu Biodiesel khi sử dụng trên động cơ diesel 11

Hình 2.1 : Quy trình thiết kế kết cấu động cơ Kubota D1703 19

Hình 2.2 : Ćc giai đọn của kỹ thuật thiết kế ngược 21

Hình 2.3 : Máy quét 3D Kreon Zephyr KZ50 23

Hình 2.4 : Ćc giai đọn quét và xử lý đầu người 24

Hình 2.5 : Qú tr̀nh phay mẫu mặt người trên ḿy phay CNC 25

Hình 2.6 : Mô hình sản phẩm catia 28

Hình 2.7 : Mô hình ṭo bằng Mechanical Design 28

Hình 2.8 : Mô hình ṭo bằng Shape Design and Styling 29

Hình 2.9 : Mô hình hóa vật thể 29

Hình 2.10 : Thân máy của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D 32

Hình 2.11 : Nắp máy của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D 32

Hình 2.12 : Bản vẽ chi tiết kết cấu thân máy 33

Hình 2.13 : Bản vẽ chi tiết kết cấu nắp máy 34

Hình 2.14 : Buồng ch́y TVC động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D 35

Trang 8

xii

Hình 2.15 : Bản vẽ chi tiết kết cấu buồng ch́y TVC động cơ mẫu 36

Hình 2.16 : Trục khuỷu của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D 37

Hình.2.17 : Bản vẽ chi tiết kết cấu trục khuỷu động cơ mẫu 38

Hình 2.18 : Thanh truyền của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D 39

Hình 2.19 : Bản vẽ chi tiết kết cấu thanh truyền động cơ mẫu 40

Hình 2.20 : Piston của động cơ mẫu sau khi thiết kế 3D 41

Hình 2.21 : Bản vẽ chi tiết kết cấu piston động cơ mẫu 42

Hình 3.1 : Đồ thị đặc t́nh ngoài động cơ 60

Hình 3.2 : Giải x bằng phương ph́p dùng đồ thị Brich 62

Hình 3.3 : Đồ thị vận tốc 63

Hình 3.4 : Giải gia tốc J bằng đồ thị Tôlê 65

Hình 3.5 : Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền 66

Hình 3.6 : Sơ đồ tính toán lực của phần khối lượng chuyển động quay 67

Hình 3.7 : Khai triển ćc đồ thị 69

Hình 3.8 : Đồ thị T, N, Z 70

Hình 3.9 : Đồ thị  T 71

Hình 3.10 : Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 73

Hình 3.11 : Đồ thị khai triển Q -  của chốt khuỷu 74

Hình 3.12 : Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền 77

Hình 3.13 : Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 78

H̀nh 4.1 : Quy trình tính toán sức bền các chi tiết 79

H̀nh 4.2 : Phân tích cấu trúc sử dụng phương ph́p phần tử hữu ḥn 80

Hình 4.3 : Phân tích áp lực không khí trên mô hình máy bay 83

Trang 9

xiii

Hình 4.4 : Dòng khí chuyển động qua hệ thống làm ḿt động cơ 84

Hình 4.5 : Dòng khí chuyển động trong xe 84

Hình 4.6 : nh hưởng của dòng chảy lên thành tàu 85

Hình 4.7 : Quy trình phân tích bài toán tiến hành theo ba giai đọn chính 86

Hình 4.8 : Tiến hành ṭo mô h̀nh đối xứng ¼ từ cấu trúc ban đầu 87

Hình 4.9 : Công cụ quản lý chất lượng phần tử trong Hyper Mesh 87

Hình 4.10 : Cấu trúc hình học phần tử Solid185 88

Hình 4.11 : Mô hình thanh truyền sau khi chia lưới đối xứng theo mặt phẳng XY và XZ Import vào ANSYS APDL 88

Hình 4.12 : Phổ chuyển vị tổng của chi tiết thanh truyền khi chịu nén 90

Hình 4.13 : ng suất Von Misses khi chịu nén 90

Hình 4.14 : ng suất Von Misses dọc theo chiều dài thanh truyền 97

Hình 4.15 : Phổ chuyển vị tổng của chi tiết thanh truyền khi chịu kéo 92

Hình 4.16 : ng suất Von Misses khi chịu kéo 93

Hình 4.18 : Phổ chuyển vị tổng của chi tiết thanh truyền khi chịu kéo 94

Hình 4.19 : ng suất Von Misses khi chịu kéo 95

Hình 4.21 : Mô h̀nh Piston sau khi chia lưới và import vào ANSYS 96

Hình 4.22 : Chuyển vị tổng của Piston khi chịu lực khí thể 97

Hình 4.23 : ng suất Von Misses khi chịu lực khí thể 97

Hình 4.24 : Chuyển vị tổng của Piston khi chịu lực quán tính 98

Hình 4.25 : ng suất Von Misses khi chịu lực quán tính 99

Trang 10

xiv

Hình 4.26 : Tải phân bố trên chốt khuỷu 100

Hình 4.27 : Mô h̀nh đối xứng ¼ má khuỷu thứ 2 101

Hình 4.28 : Tải trọng phân bố trên ¼ bề mặt chốt khuỷu 101

Hình 4.29 : Phân bố ứng suất VonMisses trên trục khuỷu 102

Hình 4.30 : Phân bố chuyển vị trên trục khuỷu 102

Hình 4.31 : Biểu đồ ứng suất dọc theo biên ḍng má khuỷu trường hợp khởi động 103

Hình 4.32 : Tải trọng phân bố trên ¼ chốt khuỷu 104

Hình 4.39 : Biểu đồ ứng suất dọc theo biên ḍng má khuỷu trường hợp lực ngang lớn nhất 109

Hình 4.40 : Mô hình buồng cháy chính trong môi trường Catia 110

Hình 4.41 : Mô hình buồng cháy chính sau khi Mesh và Preprocessor 110

Hình 4.42 : Các quá trình của buống cháy 1, 2, 3 theo góc quay trục khuỷu 111

Hình 4.43 : Vị tŕ đặt tải áp suất phân bố đều trong thành các xi lanh 112

Hình 4.44 : Phân bố chuyển vị nhìn theo mặt cắt ngang lốc máy 113

Hình 4.45 : Phân bố ứng suất nhìn theo mặt cắt ngang lốc máy 113

Hình 4.46 : Phân bố chuyển vị theo mặt cắt ngang lốc ḿy ph́a đối diện 114

Hình 4.47 : Phân bố ứng suất nhìn theo mặt cắt ngang lốc ḿy ph́a đối diện 114

Trang 11

xv

Hình 5.1:Kết cấu của buồng ch́y three vortexs combustion động cơ D1703 117

Hình 5.2 : Quá trình hình thành hỗn hợp trong buồng cháy three vortexs combustion 118

Hình 5.3 : Sự thay đổi của kim phun sau khi test 122

Hình 5.4 : Sự thay đổi của piston sau khi test 122

Hình 5.5 : Sự thay đổi của xupap sau khi test 122

Hình 5.6 : Mô hình buồng cháy Three Vortex 123

Hình 5.7 : Minh họa động học chuyển động của dòng khí trong buồng cháy xoáy lốc 124

Hình 5.8 : Kết cấu đỉnh piston sử dụng trong buồng cháy three vortex 125

Hình 5.9 : Kết cấu cách nhiệt của buồng cháy xoáy lốc 126

Hình 5.10 : Kết cấu biên ḍng đỉnh piston 127

Hình 5.11 : Kết cấu phần lõm đỉnh piston 127

Hình 5.12 : Sử dụng 2 cửa buồng cháy phụ đối xứng 128

Hình 5.13 : Sử dụng 2 cửa buồng cháy phụ nghiêng 129

Hình 5.14 : Các ḍng cửa buồng cháy 129

Hình 5.15 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [a] 130

Hình 5.16 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [b] 131

Hình 5.17 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [c] 131

Hình 5.18 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [d] 132

Hình 5.19 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [e] 132

Hình 5.20 : Bản vẽ kết cấu buồng cháy cải tiến [f] 133

Trang 12

xvi

DANH SÁCH CÁC B NG

Bảng 1.1 : Nguồn động lực dùng trong nông nghiệp nông thôn 2

Bảng 1.2 : Thống kê cơ giới hóa trong nông nghiệp 3

Bảng 1.3 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành lâm nghiệp 3

Bảng 1.4 : Thống kê cơ giới hóa trong ngành thủy hải sản 4

Bảng 1.5 : Mức độ đầu tư phương tiện vận tải (PTVT) ở khu vực nông thôn của các vùng 4

Bảng 1.6 : Dãy công suất động cơ và cỡ lực kéo ở ḿc ḿy kéo 5

Bảng 2.1 : Danh mục Scan 3D các chi tiết chính 25

Bảng 2.2 : Thuộc tính của Gang và Hợp Kim Nhôm 31

Bảng 3.1 : Ćc thông số kỹ thuật của động cơ cân thiêt kê 45

Bảng 3.2 : Thành phần C, H, O trong 1kg nhiên liệu 46

Bảng 5.1 : Thông số cấu trúc cần phân tích 130

Trang 13

1

Ch ơng 1

T NG QUAN

1.1 Tính c p thít của đề tài

1.1.1 Tình hìnhkhai thác đ ng cơ đốt trong t i Vi t Nam

Việt Nam, động cơ đốt trong được sử dụng rất phổ biến nhằm phục vụ cho ćc mục đ́ch :

- Động cơ sử dụng cho ô tô…

- Động cơ tĩnh ṭi kéo ḿy ph́t điện, ḿy bơm nước …

- Cơ giới hó khâu làm đất, thu họch nông sản

- Ḿy chế biến nông sản ć sử dụng động cơ đốt trong

- Xe cơ giới nông thôn, tàu thuyền cơ giới nông thôn

Qua đ́ ta thấy được động cơ đốt trong ṭi Việt Nam được sử dụng ch́nh vào mục đ́ch nông nghiệp Mặc kh́c đất nước ta vốn là một đất nước nông nghiệp V̀ vậy trong chiến lược ph́t triển kinh tế nhằm đẩy nhanh mục tiêu công nghiệp hó, hiện đ̣i h́a đất nước, việc ph́t triển nền sản xuất nông nghiệp là một mục tiêu và yêu cầu quan trọng

Trong t̀nh h̀nh nguồn lao động trong lĩnh vực nông nghiệp ngày càng chuyển sang ćc lĩnh vực kh́c, nên chúng ta phải nhanh ch́ng ứng dụng những tiến

bộ khoa học và công nghệ, đẩy ṃnh điện kh́ hó và cơ giới hó nhằm tăng diện t́ch khai th́c, tăng sản lượng tiêu thụ và năng suất đ́p ứng nhu cầu trong nước cũng như xuất khẩu

Để ph́t triển nhanh nền kinh tế nông nghiệp, viêc tăng tỉ lệ cơ giới hó là một trong những nhiệm vụ quan trọng Và để tăng tỉ lệ cơ giới hó th̀ việc sử dụng động cơ đốt trong cũng chiếm một phần rất lớn

Trang 14

2

Theo Tổng cục Thống kê t́nh đến năm 2011 cả nước đã trang bị: 15.500 ḿy kéo, ḿy cày lớn (trên 35 HP); 207.112 ḿy kéo, ḿy cày trung (từ 12 – 35 HP); và 275.131 ḿy kéo, ḿy cày nhỏ (< 12 HP); 40.146 ô tô vận tải hành kh́ch và hàng hóa; 175.189 động cơ điện; 126.704 ḿy ph́t điện; 281.049 động cơ cḥy xăng, diesel; 6.282 tàu thuyền dịch vụ thủy sản ć động cơ; 5325 tàu thuyền vận tải hành khách; 142183 tàu thuyền vận tải hàng h́a; 231069 ḿy tuốt lúa ć động cơ; 58914

lò, ḿy sấy sản phẩm nông lâm thủy sản; 204654 ḿy chế biến lương thực; 551508 b̀nh phun thuốc trừ sâu ć động cơ; 1932349 ḿy bơm nước dùng cho SXNLTS;

62364 ḿy chế biến thức ăn gia súc; 5774 ḿy chế biến thức ăn thủy sản; 25712 ḿy giàn gieo ṣ; 13109 ḿy gặt đập liên hợp; 62045 ḿy gặt kh́c Tổng công suất

Máy kéo, máy cày nhỏ dưới 12HP

Động cơ, máy phát điện

PTVT v ận chuyển trên đường bộ

PTVT vận chuyển trên đưởng thủy

Canh t́c trên đồng ruộng, đất trồng cây lâm nghiệp và thủy sản

Số lượng

(cái) 15500 207112 275131 456238 40146 153790 3147498

Ngu ồn: Tổng cục Thống kê, 2011

Trong đ́ mức độ cơ giới h́a trong nông thôn được thống kê cụ thể như sau :

 Cơ giới h́a trong nông nghiệp :

Ćc khâu công t́c trong khu vưc nông nghiệp đặc biệt là trong ngành trồng lúa nước ở cả 3 vùng đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long và ćc tỉnh Đông Nam Bộ ngày càng được cơ giới h́a và trang bị ćc ḿy ḿc phục vụ cho nhu cầu của ćc khâu công t́c ở từng thời kỳ như : làm đất, gieo cấy và thu họch

Trang 15

Canh tác trên đất trồng cây nông nghi ệp

S ố lượng

(cái) 15311 206035 272791 531277 58002 2926174

 Cơ giới h́a trong ngành lâm nghiệp :

Cơ giới h́a tập trung vào lĩnh vực canh t́c, trồng mới (làm đất, ṭo bầu cây giống…) Trong khai th́c rừng trồng, mặc dù sản lượng không lớn, nhưng về cơ bản được tiến hành bằng ḿy như ćc khâu: chặt cây, bốc xếp, vận chuyển… Áp dụng dây chuyền sơ chế ṭi cửa rừng nhằm nâng cao tỉ lệ thu hồi gỗ và giảm gí thành trong khâu vận chuyển

B ng 1.3 : Thống kê cơ giới h́a trong ngành lâm nghiệp

Lò máy sấy sản phẩm lâm s ản

Ḿy bơm nước dùng cho sản xuất lâm s ản

Canh tác trên đất

tr ồng cây lâm nghiệp

Số

lượng

 Cơ giới h́a trong ngành khai thác thủy hải sản :

Khai th́c thủy hải sản ở nước ta đã được cơ giới h́a, năng suất lao động cao, đặc biệt là khi chuyển ngư trường Đến năm 2011, trong số 28 tỉnh, thành phố ven biển được trang bị 19179 phương tiện khai th́c và vân chuyển trên đường thủy, th̀ phần lớn trang bị động cơ, ḿy ph́t điện để phục vụ cho việc đ́nh bắt khai th́c và

vân chuyển B ng 1.4 tổng hợp mức độ trang bị tàu thuyền đã được khai th́c thủy

hải sản

Trang 16

PTVT vận chuyển trên đưởng thủy Lò, máy sấy sản phẩm thủy sản Máy chế biến thức ăn thủy sản

S ố lượng

 Cơ giới h́a trong khâu vận tải nông thôn :

Cơ giới h́a khâu vận tải nông thôn đã ph́t triển cả về số lượng và chất lượng Ngoài việc nâng cấp, xây dựng đường nông thôn, ćc thành phần kinh tế đã đầu tư trang bị phương tiện vận tải (trên bộ, trên sông ṛch) Cả nước đã đầu tư 248767 chiếc phương tiện vận tải (PTVT) trên đường bộ và 202470 chiếc xuồng, thuyền

Tùy điều kiện từng vùng mà ta chọn công suất động cơ , cỡ lực keo để trang

bị nguồn động lực (di đô ̣ng, tĩnh ṭi) và ćc lọi ḿy công t́c phù hợp thực hiê ̣n qú tr̀nh cơ giới h́a ćc khâu canh t́c (trên đông, khâu tĩnh ta ̣i) ; cơ giơi hoa phục

vụ chăn nuôi gia súc , gia câm ; nuôi trông thủy hải sản va lam viê ̣c trên đât dôc trông, chăm soc cây công nghiê ̣ptheo dãy cỡ sau :

Trang 17

Ḿy ph́t điện, máy kéo 4 b́nh, phương

Nhu câu sử dụng động cơ đôt trong noi chung va động cơ diesel noi riêng trong hoa ̣t đô ̣ng sản xuât nông nghiê ̣p nông thôn la rât lơn Thực tra ̣ng hiê ̣n nay la lượng may moc phục vụ cho nông nghiê ̣p vẫn chưa thể đap ưng nhu câu ngươi nông dân vê cả chât lượng va sô lượng Nguôn động cơ chủ yêu được sử dụng la nguôn

đô ̣ng cơ được sản xuât lăp rap ở nươc ngoai va nhâ ̣p khẩu phân phôi ta ̣i Viê ̣t Nam Sự cân thiêt co được mô ̣t kiểu loa ̣i đô ̣ng cơ phu hợp vơi nhu câu cho nông nghiê ̣p la rât câp bach va cân được xuc tiên nghiên cưu, thiêt kê va ưng dụng

1.1.2 Công nghi p máy đ ng lực t i Vi t Nam

1.1.2.1 Thị ph n máy nông nghi p

Hiện nay, thị trường sản phẩm cơ kh́ phục vụ sản xuất nông nghiệp gồm:

nhập khẩu từ Trung Quốc và một số cơ sở lắp ráp máy nông nghiệp của Trung Quốc

ṭi Việt Nam, sản phẩm của Nhật lắp ráp ṭi Việt Nam; máy kéo và máy nông

Trang 18

6

nghiệp nhập khẩu từ ćc nước: Nga, Mỹ, Hàn Quốc sản phẩm đã qua sử dụng của Nhật Bản, Hàn Quốc; các doanh nghiệp nhà nước (chủ yếu tập trung ở Tổng Công

ty ḿy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam, VEAM - Bộ Công Thương); ćc cơ

sở ở ćc địa phương Trong đ́ sản phẩm máy kéo và máy nông nghiệp nhập khẩu

mới từ Trung Quốc và đã qua sử dụng của Nhật chiếm khoảng 70% thị phần (báo cáo của Bộ Công Thương 2010) Cụ thể như sau:

Các lọi động cơ diesel và xăng của VEAM chiếm 25% thị phần (hiện nay

đã chế ṭo được động cơ diesel dưới 30 hp và chỉ đ́p ứng được một phần nhỏ cho

cơ giới hóa nông nghiệp và phát triển nông thôn), hàng đã qua sử dụng chiếm 20%, Trung Quốc chiếm 50% và 5% nhập khẩu từ ćc nước khác Còn riêng các lọi động cơ 3 hoặc 4 xy lanh từ 30 - 50 HP thì chúng ta nhập khẩu từ nước Trung

Quốc, Nhật, Nga, Mỹ,

Hình 1.1 : Thị phần động cơ phục vụ cho nông nghiệp Việt Nam

Máy xới nhỏ dưới 15 HP chủ yếu là ḿy đã qua sử dụng và máy Trung Quốc chiếm 90% thị phần Máy Bông Sen (công ty máy kéo, máy nông nghiệp) chiếm khoảng 10% ở khu vực phía Bắc, riêng máy xới của VIKYNO chủ yếu xuất khẩu Các lọi máy kéo 4 bánh khoảng 90% là sản phẩm đã qua sử dụng của Nhật (công

suất 24-37 HP ), 10% còn ḷi được nhập khẩu từ Mỹ, Nga, Trung Quốc và một số ít được sản xuất ṭi các thành viên của VEAM

Trang 19

tỉnh đồng bằng sông Cửu Long

Các lọi máy xay xát lúa g̣o trên 97% do các doanh nghiệp trong nước sản

xuất (lọi công suất nhỏ đến 1 tấn/giờ do VEAM và một số cơ sở cơ kh́ địa phương, lọi có công suất lớn do Công ty SINCO, Bùi Văn Ngọ và LAMICO sản

xuất)

1.1.2.2 Năng lực s n xu t của các doanh nghi p trong n c

Theo báo ciuáo của Tổng Công ty ḿy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam (VEAM) – Bộ Công Thương, đang tập trung một số sản phẩm chủ lực:

- Động cơ diesel và xăng phục vụ sản xuất nông nghiệp có thể cung cấp chi thị trường 100.000 – 120.000 chiếc/năm

- Máy xới công suất dưới 15 HP cung cấp cho thị trường trong nước và xuất khẩu 12.000-15.000 chiếc/năm

- Máy gặt đập liên hợp lúa đang đầu tư đẩy ṃnh sản xuất ṭi một số công

ty thành viên của VEAM như Cơ kh́ An Giang, VIKYNO&VINAPPRO,

cơ kh́ Vinh cùng với sự liên kết của ćc đối t́c nước ngoài, các doanh nghiệp cơ kh́ địa phương trong vòng 1-2 năm tới có thể đ́p ứng khoảng 3.000 chiếc/năm

Tổng Công ty Cơ điện, xây dựng nông nghiệp và thủy lợi - Bộ Nông nghiệp

và phát triển nông thôn Hiện có 20 đơn vị thành viên, trong đ́ ć một số đơn vị

chế ṭo, kinh doanh các lọi phụ tùng, thiết bị, máy móc nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy lợi, diêm nghiệp, công nghiệp chế biến, thủy điện, xây dựng và phương tiện

Trang 20

8

vận tải; Hàng năm nhập khẩu số lượng nhỏ máy móc, thiết bị phục vụ sản xuất nông lâm nghiệp như ḿy kéo 4 b́nh của Belarus, ḿy đào hố

Công ty TNHH KUBOTA Việt Nam, công suất thiết kế 15.000 ḿy kéo/năm

và 2.000 máy gặt đập liên hợp/năm, kh́nh thành 9/2009 ṭi huyện Bến Cát, tỉnh B̀nh Dương, chuyên lắp ráp máy kéo (24-45 CV), máy phay; máy gặt lúa liên hợp (1,5-2 m); máy cấy 4-6 hàng; máy thu họch ngô Hiện đã ć 30 đ̣i lý bán hàng trên cả nước (trong đ́ miền Bắc ć 04 đ̣i lý) Các lọi máy nông nghiệp của KUBOTA chất lượng tốt, phù hợp với điều kiện canh tác ở Việt Nam, tuy nhiên giá máy quá cao

Về công nghệ chế ṭo: Xét về vị trí c̣nh tranh giữa ćc đơn vị sản xuất máy động lực và máy nông nghiệp trong nước có tính chất công nghiệp thì VEAM là đơn vị đứng đầu về ḿy động lực và máy nông nghiệp (động cơ, ḿy kéo nhỏ, máy làm đất, bơm nước, máy móc, thiết bị nuôi trồng hải sản) Thời gian vừa qua, VEAM đã thực hiện hàng lọt các dự án nâng cao khả năng chế ṭo phôi liệu đúc, rèn, gia công cơ kh́ đến lắp ráp ở ćc đơn vị, như: VIKYNO&VINAPPRO; Phụ tùng 1; DISOCO; Cơ kh́ Trần Hưng Đ̣o; NAKYCO; Cty Đúc số 1 không những

bảo đảm cho nhu cầu phát triển của doanh nghiệp trong tương lai, mà còn nâng cao mặt bằng công nghệ chung của ngành Cơ kh́ nông nghiệp Việt Nam

1.1.2.3 Nh n xét

Công nghiê ̣p may đô ̣ng lực p hục vụ cho nông nghiệp ở Việt Nam chỉ ṭm dưng ở mưc nhâ ̣p khẩu, lăp rap va phân phôi la chinh Chưa thâ ̣t sự co một đơn vi ̣ tổ chưc nha nươc hay doanh nghiê ̣p nao trực tiêp sản xuât may động lực tư khâu thiêt

kê sản phẩm, sản xuất mẫu, kiểm tra chât lượng, đo đa ̣c thực nghiê ̣m va sản xuât đa ̣i trà Nhu câu thi ̣ trương theo phân tich ở trên la rât lơn Pḥm vi ứng dụng ḿy động lực vao sản xuât nông nghiê ̣p la rât rộng Thâ ̣t cân thiêt để ć một động cơ đ́p ứng nhu câu thi ̣ trương nay va phu hợp vơi điêu kiê ̣n kinh tê đă ̣c thu của Viê ̣t Nam

Dãy công suất thường dùng trong nông nghiệp là từ 8-36 kW (10-50 HP), sô

xy lanh la tư 1-3, lọi nhiên liệu là xăng hoặc diesel Mặt khác các mẫu động cơ

Trang 21

1.1.3 Nhu c u đ ng cơ 3 xylanh t i Vi t Nam

Trước nhu cầu rất lớn của động cơ đốt trong, ta thấy được rằng động cơ Diesel có công suất nhỏ mà phổ biến nhất là động cơ 3 xy lanh sẽ được sử dụng rất rộng rãi ṭi ćc vùng nông thôn Đây ch́nh là nguồn động lực được ưa chuộng trong công cuộc cơ giới hó nông thôn nước ta hiện nay

Để phát triển nhanh nền kinh tế nông nghiệp, viêc tăng tỉ lệ cơ giới hoá là trong những nhiệm vụ quan trọng Và để tăng tỉ lệ cơ giới hoá thì việc sử dụng động

cơ đốt trong 3 xilanh cũng chiếm một phần rất lớn Đồng thời cũng qua qú tr̀nh

khảo sát thị trường trực tiếp ở các khu vực:

- Miền Đông Nam bộ: Đồng Nai, B̀nh Dương, Tây Ninh …

- Miền Trung – Tây Nguyên: Đắc lắc, Đắc Nông, Gia Lai, Kon Tum, Lâm Đồng, Phan Thiết, Quảng Ngãi…

- Miền Tây: Long An, Tiền Giang, Vinh Long, Cần Thơ, An Giang…

Cho thấy nhu cầu thị trường về lọi động cơ 3 xy-lanh, trong đ́ công suất từ

30 – 50 HP là rất lớn chiếm 40% nhu cầu các lọi động cơ nhiều xy-lanh từ 20 -

>90 HP ( 100.000 động cơ lắp đặt trên xe công nông hiện hữu ) và 10 – 15.000 động cơ/năm cho xe tải nhẹ dùng mới [3]

Trang 22

1.1.4 Nhiên li u thay th́

Trong bối cảnh nền kinh tế thế giới đang bước vào toàn cầu hóa, mỗi một

biến động trên thế giới đều ảnh hưởng tới các quốc gia, trong đ́ ć Việt Nam Trong hai năm trở ḷi đây thị trường xăng dầu luôn biến động, tăng gí liên

tục, đã ảnh hưởng không nhỏ tới nền kinh tế nước ta Do đ́, việc tìm kiếm những nguồn nhiên liệu thay thế là một nhu cầu cấp thiết Có thể kể đến như: LPG, CNG, LNG, biodiesel, ethanol, biogas, fuel-cell, Ngoài ra, xe điện và xe cḥy năng lượng mặt trời cũng đang được nghiên cứu phát triển

Mặc khác trong xã hội phát triển, động cơ đốt trong có vai trò hết sức quan

trọng trong mọi lĩnh vực, về công nghiệp, nông nghiệp, kinh tế cũng như thảo mãn các nhu cầu trong cuộc sống Lợi ích của động cơ đốt trong mang ḷi rất nhiều song nguồn khí xả của ń cũng gây nên ô nhiễm chính trong bầu khí quyển, gây hiệu ứng nhà kính Theo ước tính, khí thải của động cơ gây ra cho bầu khí quyển hiện nay là khoảng 80% CO, 60% HC, và 40% NOx

Trang 23

11

Các nghiên cứu cho thấy rằng khí thải của nhiên liệu Biodiesel ć ́t t́c động xấu đến con người hơn kh́ thải từ Diesel do nó chứa ít các chất thơm (aromatic) Nhiên liệu Biodiesel càng tinh khiết thì nó càng chứa ít các chất gây ung thư cho con người (polycyclic aromatic hydrocarbons) Hầu như ćc chất độc ḥi trong khí

thải của động cơ diesel sẽ giảm đi 75 đến 85% khi sử dụng Biodiesel (Lindhjem et

al, 2003) Biodiesel cũng ́t t́c động đến phổi do nó giảm lượng khí thải gây hen suyễn và các chứng rối lọn kh́c đến 70% Việc sử dụng Biodiesel trên đông cơ diesel có tác dụng rất lớn đến việc cắt giảm khí thải, từ đ́ làm cho môi trường trong

ṣch hơn Nh̀n chung, lượng khí thải có ḥi của Biodiesel (HC,CO, chất thơm và các hóa chất khác) thấp hơn rất nhiều so với các khí thải từ nhiên liệu Diesel hóa

tḥch, chỉ có một lọi chất không có lợi tồn ṭi trong khí thải Biodiesel có hàm

lượng tương đối cao hơn so với nhiên liệu hóa tḥch đ́ là oxit nitơ H̀nh bên dưới thể hiện lượng khí thải trung bình của nhiên liệu Biodiesel khi sử dụng trên động cơ diesel, chúng ta sẽ dễ dàng nhận thấy được t́nh vượt trội về lợi ích mà việc sử dụng nhiên liệu Biodiesel mang ḷi, đặc biệt khi tỉ lệ hòa trộn càng cao.(nguồn EPA 2010)

Hình 1.3: Lượng khí thải trung bình của nhiên liệu Biodiesel khi sử dụng trên

động cơ diesel.[14]

Trang 24

12

Việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng những lọi nhiên liệu mới ở Việt Nam đã được triển khai trong những năm gần đây nhằm bắt kịp những xu hướng phát triển năng lượng mới của thế giới, giải quyết giảm thải ô nhiễm khí thải, giảm

tải cho nguồn năng lượng không tái ṭo được và nâng cao tính kinh tế Một trong số đ́ nhiên liệu sinh học Biodiesel được chiết xuất từdầu mỡđộng thực vật như mỡ cá basa, dầu dừa, dầu cọ, dầu cây jatropha, dầu ăn phế thải….là một lọi nhiên liệu có

tiềm năng thay thế lớn ở nước ta được xem là một giải pháp hiệu quả Và viê ̣c nghiên cưu ưng dụng nhiên liệu sinh học biodiesel trên đô ̣ng cơ diesel phục vụ sản xuât nông nghiê ̣p va nông thôn la thâ ̣t sự quan tro ̣ng va câp thiêt

Vì vậy, đề tài chọn « Nghiên cứu thiết kế mẫu động cơ 3 xy lanh Diesel phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học Bio-Diesel (tham khảo động cơ 3 xy lanh KUBOTA D1703-M-E3B) » được thực hiện

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài n c vê đ ng cơ 3 xy lanh s ̉ su ̣ng nhiên liê ̣u sinh ho ̣c

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ở n ơc ngoai

 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài về động cơ 3 xilanh :

Viê ̣c nghiên cưu đô ̣ng cơ 3 xilanh sử dụng nhiên liê ̣u biodiesel được thực hiê ̣n trên 2 phương thưc la thực nghiê ̣m va mô phỏng Ć rất nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực nay đ ặc biệt trong việc cải thiện quá trình phun và ṭo hỗn hợp cháy trong buồng cháy Sau đây xin giơi thiê ̣u mô ̣t sô công trinh nghiên cưu vê đô ̣ng cơ sử dụng nhiên liê ̣u biodiesel đã được công bô trên thê giơi

Nhóm tác giả S Suresh Bagavathy, N Balasubramanian, S Krishnan, D Premnath đến từ công ty Ashok Leyland đã tiến hành “Nguyên cứu thành lập phương ph́p đ́nh gí và bố trí tối ưu h́a trục khuỷu trong tường hợp dòng lọt khí cho động cơ Diesel 3 xilanh” Kêt quả nghiên cưu được công bô trên t ̣p ch́ SAE năm 2011

Trang 25

Nhóm tác giả Christof Schernus, Carsten Dieterich, Carolina Nebbia, Andreas Sehr, Rolf Weinowski, Stefan Wedowski ṭi công ty FEV Motorentechnik GmbH, đã tiến hành “Nguyên cứu khả năng tăng ́p ṇp của động cơ phun xăng

trực tiếp dược rút gọn với 2 và 3 xilanh” Kêt quả nghiên cưu được công bô trên ta ̣p ch́ SAE năm 2011

Nhóm tác giả Bernd Distler, Peter Ernst đã tiến hành “ Nguyên cứu tối ưu hóa bề mặt làm việc của xilanh, hệ thống piston của động cơ đốt trong với mục đ́ch

giảm lượng khí thải thấp nhất” Kêt quả nghiên cưu được công bô trên ta ̣p chi SAE năm 2012

Nh́m t́c giả B Tesfa, R Mishra, F Gu, A.D Ball tư trương đa ̣i ho ̣c Huddersfield, thành phố Huddersfield , nươc Anh Họ đã tiến hành nghiên cứu đặc t́nh ch́y của động cơ sử dụng nhiều lọi nhiên liệu biodiesel được pha loãng theo nhiêu tỉ lê ̣ khac nhau Kêt quả thi nghiê ̣m được công bô ta ̣i hội nghi ̣ quôc tê vê năng lượng mơi năm 2011

Nh́m t́c giả James P Szybist va André L Boehman đên tư đa ̣i ho ̣c bang Pennsylvania, đã tiên hanh nghiên cưu ảnh hưởng của hê ̣ thông phun nhiên liê ̣u vơi lọi nhiên liệu biodiesel Kêt quả nghiên cưu được công bô trên ta ̣p chi SAE năm

2003

 Tình hình sản xuất và kinh doanh động cơ 3 xy lanh ở nước ngoài :

Các máy nông nghiệp được trang bị đông cơ 3 xilanh trên thế giới có các thương hiệu sau:

Trang 26

4/ MITSHUBISHI SHAKTI MT180D của n Độ công suất 18.5HP với dung tích 900cm3

5/ Thương hiệu LISTER PETTER của n Độ sản xuất dòng SIGMA SERIES với công suất 23-36.4 kW/30.8-48.8 HP với dung tích 2.86L

6/ Thương hiệu KUBOTA của Nhật Bản sản xuất dòng KUBOTA 03-M SERIES D1703, D1803 với công suất 26.1-27.9 kW/34.8-37.2 HP với dung tích 1.647(1.826) L

7/ Thương hiệu YANMAR của Nhật Bản sản xuất các dòng 3TNM6B, 3TNM72 với công suất 14.1-17.6 kW/18.9-23.6 HP, với dung tích 0.784-0.903 L

Và một số thương hiệu khác…

+ Đối với ô tô, xe máy thì có các hãng sau: BMW, RENAULT, FORD, YAMAHA, MAZDA, PORSCHE, GM…

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở trong n ơc

Để đ́p ứng nhanh nhu cầu cơ giới hóa nông nghiệp nông thôn trong nước và

bắt kip sự phát triển khoa học kỹ thuật và công nghệ của thế giới thì họt động nghiên cứu và sử dụng nguồn nhiên liệu sinh học trên động cơ 3 xilanh đã được nhiều tác giả trong nước nghiên cứu và công bố :

 Tình hình nghiên cứu :

Trang 27

15

Viê ̣c nghiên cưu loa ̣i nhiên liê ̣u biodiesel trên đô ̣ng cơ đã va đang đ ược tiến hành Ćc nh́m nghiên cứu chủ yếu đến từ ćc trường đ̣i học tiêu biểu như : ĐH B́ch Khoa TP HCM, ĐH Bach Khoa Đa Nẵng , Viê ̣n cơ khi đô ̣ng lực - ĐH Bach Khoa Ha Nô ̣i Ć thể kể đến như sau :

- Nh́m t́c giả Ph ̣m Xuân Mai, Huỳnh Thanh Công va Nguy ễn Đ̀nh Hùng đã nghiên c ứu bước đầu về ćc phương ph́p hòa trộn hỗn hợp khả thi của nhiên liệu biodiesel có nguồn gốc thực vật, trong buồng cháy của một động cơ Diesel 3 xy lanh phun gián tiếp Kết quả nhận được cho thấy phương pháp hòa trộn hỗn hợp

kiểu 3 vòng xoáy (Three Vortex Combustion System – TVCS) tỏ ra rất phù hợp và

có tính khả thi cao Kêt quả nghiên cưu được công bô ta ̣i Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 12: Kỹ thuật Ô tô - Động cơ Nhiệt

- Nh́m t́c giả Pḥm Xuân Mai đã nghiên c ứu nhu câu va khả năng ưng dụng nhiên liệu sinh học biodisel trên đ ộng cơ nhiều xy-lanh công suất lớn nhằm

mục đ́ch cơ giới hóa nông nghiệp, dịch vụ và vận tải nông thôn Kêt quả nghiên cưu được công bô ta ̣i H ội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 12: Kỹ thuật Ô tô - Động cơ Nhiệt

- T́c giả Nguyễn Vương Ch́ đã phân t́ch và so śnh t́nh ch ất của nhiên liệu biodiesel dầu dừa so với nhiên liệu diesel dưới một ǵc độ sử dụng cho động cơ đốt trong qua phần tính tóan nhiệt động lực học Nghiên cứu này, trình bày các kết quả trong khuôn khổ triển khai đề tài nghiên cứu cấp trường T-KTGT_2004-35 theo

hợp đồng số 205/ĐHBK/KHCN&QHQT

- Nh́m t́c giả Trần Thanh Hải Tùng , Lê Anh Tuân va Pha ̣m Minh Tuân đã nghiên cưu sử dụng nhiên liê ̣u sinh học biodiesel lam tư mỡ ca basa va nhiên liê ̣u kh́ h́a lỏng LPG trên động cơ diesel truyền thống Kêt quả nghiên cưu được đăng trên Ta ̣p chi Khoa ho ̣c Công nghê ̣ Hang Hải sô 21-01/2010

 Tình hình sản xuất và kinh doanh động cơ 3 xy lanh ở Việt Nam :

Trang 28

16

Hiện nay ṭi Việt Nam ćc thương hiệu kinh doanh và sản xuất động cơ 3 xilanh gồm ć ćc hãng như: ESEKI, SHIBAURU (Ḿy cày SHIBAURA SD1843 4WD), YANMAR (Máy cày YANMAR F20 2WD), HINOMOTO (Máy cày HINOMOTO E2604 4WD), KUBOTA Nhưng trong đ́ về thị phần động cơ 3xilanh thì hãng Kubota chiếm đa số thị phần ở Việt Nam

1.3 M c tiêu và đối t ng nghiên cứu của đề tài

1.3.1 M c tiêu nghiên cứu

Nghiên cưu khảo sat đanh gia nhu câu sử dụng động cơ Diesel 3 xy lanh ở Viê ̣t Nam

Nghiên cứu một số lọi nhiên liệu Biodiesel: tính chất lý-hóa ảnh hưởng đến đặc điểm kỹ thuật khi thiết kế và sử dụng, độ ô nhiễm môi trường, khả năng ứng

dụng thực tế, phương ph́p sản suất và đưa ra thị trường

Thực hiê ̣n nghiên cưu thi ết kế mô phỏng mẫu động cơ diesel 3 xy lanh phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh

học Bio-Diesel thich hợp cho nông nghiê ̣p va nông thôn Viê ̣t Nam trong cac ưng dụng sau :

- Vâ ̣n tải nông thôn

- Kéo ḿy công tac

- Ćc dịch vụ kh́c trong nông thôn như : ph́t điện, tươi tiêu, …

Đê xuât hương phat triển va những công viê ̣c cần xúc tiến trong tương lai

1.3.2 Đối t ng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là động cơ 3 xy lanh sử dụng buồng cháy xoáy lốc Three Vortex Combustion dung trong nông thôn Viê ̣t Nam

1.4 Nhi m v và gi i h n của đề tài

1.4.1 Nhi m v của đề tài

Trang 29

- Nghiên cứu tính sức bền kết cấu động cơ Diesel 3 xy lanh phun gín tiếp có

buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC) sử dụng nhiên liệu Biodiesel bằng

phần mềm ANSYS

1.4.2 Gi i h n của đề tài

Do điều kiện và thời gian ḥn chế nên trong luận văn tốt nghiệp của mình, người nghiên cứu chỉ tập trung nghiên cứu :

- Thiết kế 5 kết cấu chính của mẫu động cơ Diesel 3 xy lanh phun gián tiếp

có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC) : trục khuỷu, thanh truyền, piston, thân máy và nắp máy bằng công nghệ chế ṭo ngược

- Tính toán sức bền của 5 kết cấu chính của mẫu động cơ Diesel 3 xy lanh phun gián tiếp có buồng cháy Three Vortex Combustion (TVC) : trục khuỷu, thanh truyền, piston, thân máy và nắp máy bằng phần mềm ANSYS

1.5 Ph ơng pháp nghiên cứu

1.5.1 Ph ơng pháp thống kê, phân tích:

Bao gồm thu thập, phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu từ tài liệu sưu tầm được

và các kết quả nghiên cứu liên quan Phương ph́p này được sử dụng xuyên suốt trong quá trình thực hiện đề tài

1.5.2 Ph ơng pháp t́nh toán lý thuýt và mô phỏng:

Tính toán lý thuyết và xây dựng mô hình mô phỏng lý thuyết để phân tich ćc kết quả mô phỏng Đây cũng là phương ph́p nghiên cứu chủ yếu xuyên suốt các tiến trình của đề tài

Trang 30

18

1.5.3 Ph ơng pháp nghiên cứu tính toán thít ḱ:

Tính toán thiết kế mô hình và từ đ́ t̀m ra ćc thông số cần thiết cho công

viê ̣c mô phỏng

1.5.4 Ph ơng pháp chuyên gia :

Phỏng vấn, đưa ý kiến đến hội đồng chuyên gia để nghe phân tích và nhận

định

1.6 Giá trị của đề tài

Góp phần nghiên cưu ưng dụng nhiên liê ̣u biodiesel la mô ̣t trong nhiêu cach giải cho bài tón nhiên liê ̣u mơi trên đô ̣ng cơ đôt trong

Đanh gia chinh xac tinh kinh tê nhiên liê ̣u va tinh ô nhiễm môi trương khi sử dụng nhiên liệu biodiesel trên động cơ diesel 3 xy lanh

Đẩy nhanh quá trình chuyển đổi phương thức sử dụng nhiên liệu mới vào thị trường hiện ṭi góp phần thực tiển hóa các công trình nghiên cứu đã thực hiện trong

thời gian vừa qua

Ǵp phần mở ra nhiều dự ́n ph́t triển và sản xuất động cơ diesel 3 xy lanh sử dụng nhiên liê ̣u biodiesel ưng dụng vao nông nghiê ̣p va nông thôn

Trang 31

19

Ch ơng 2

2.1 Quy trình thít ḱ m u đ ng cơ

Để thiết kế được kết cấu của động cơ đầu tiên ta tiến hành thu thập thông số ḱch thước động cơ thông qua tài liệu kỹ thuật của động cơ đ́ và công nghệ thiết

kế ngược quét 3D

Sau khi đã ć được các thông số kỹ thuật của động cơ thông qua ḿy quét 3D Kreon Zephyr KZ50với độ chính xác lên tới 0,062mm ta tiến hành lên thiết kế 3D bằng phần mềm thiết kế Catia

Hình 2.1 : Quy trình thi ết kế kết cấu động cơ Kubota D1703

2.2 Gi i thi u k thu t thít ḱ ng c (reverse engineering)

2.2.1 M đ u

Trong thời buổi c̣nh tranh khắc nghiệt trên toàn cầu hiện nay, các nhà sản

xuất luôn tìm kiếm phương thức mới nhằm làm giảm thời gian phát triển sản phẩm, đ́p ứng nhu cầu người tiêu dùng Hiện ṭi kỹ thuật chế ṭo ngược (Reverse Engineering) được xem là một trong những kỹ thuật đ̣t hiệu quả kinh tế cao nhất trong việc rút ngắn chu kỳ phát triển sản phẩm

Thiết kế ngược là quy tr̀nh thiết kế ḷi mẫu - mô h̀nh vật lý cho trước thông qua số h́a bề mặt mẫu bằng thiết bị đo tọa độ, và xây dựng mô h̀nh thiết kế từ dữ

Trang 32

20

liệu số h́a u điểm của phương ph́p thiết kế ngược là cho phép thiết kế nhanh và ch́nh x́c mẫu thiết kế ć độ phức ṭp h̀nh học cao, hoặc mẫu ḍng bề mặt tự do (không x́c định được quy luật ṭo h̀nh)

Về bản chất thiết kế ngược là quá trình sao chép một sản phẩm đã được sản

xuất (nhờ khả năng sao chép h̀nh ảnh của một vật thể thành dữ liệu CAD 3D), thiết

kế ngược liên quan đến việc quét hình (scanning), số hóa (digitizing) vật thể thành

ḍng điểm, đường và bề mặt 3D

2.2.2 Vì sao ph i thít ḱ ng c

Trong nhiều trường hợp, chúng ta có thể có một đối tượng/sản phẩm vật lý

mà không có các chi tiết kỹ thuật kèm theo như bản vẽ, thông số kỹ thuật,…Và để

ṭo ra bản sao từ chi tiết/cụm chi tiết hoặc sản phẩm mà không có bản vẽ, tài liệu

hoặc mô hình ta phải cần đến kỹ thuật chế ṭo ngược Kỹ thuật chế ṭo ngược cũng được định nghĩa như là qú tr̀nh thu nhận hình dáng hình học mới từ một chi tiết đã được chế ṭo bằng cách số hóa nó và chỉnh sửa mô hình CAD

Vậy kỹ thuật chế ṭo ngược sẽ được ứng dụng trong ćc trường hợp sau :

- Khách hàng cần sản phẩm từ nhà chế ṭo không tồn ṭi nữa

- Nhà chế ṭo không còn chế ṭo sản phẩm đ́ nữa, ví dụ sản phẩm đ́ đã lỗi thời, qú cũ

- Tài liệu thiết kế của sản phẩm gốc bị mất

- Ṭo dữ liệu để tân trang hoặc chế ṭo chi tiết không có dữ liệu CAD, hoặc

Trang 33

21

- Ṭo dữ liệu 3D từ một cá thể, một mô hình hoặc một sản phẩm điêu khắc

để ṭo, lấy tỉ lệ hoặc tái chế tác phẩm nghệ thuật

- Ṭo bằng chứng và xây dựng hiện trường pḥm tội

Kỹ thuật chế ṭo ngược đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như

chế ṭo máy, thiết kế công nghiệp, thiết kế nữ trang

2.2.3 Quy trình k thu t thít ḱng c

Quy trình kỹ thuật chế ṭo ngược được chi làm 3 giai đọn là quét, xử lý điểm và ứng dụng Kế họch thực hiện ở đây tùy thuộc vào những vấn đề sau:

- Lý do ṭi sao phải áp dụng kỹ thuật ngược cho chi tiết

- Số lượng chi tiết được quét

- Độ phức ṭp của chi tiết: phúc ṭp hay đơn giản

- Bề mặt chi tiết: sáng hay tối

- Hình dáng hình học chi tiết

- Độ chính xác yêu cầu

Hình 2.2: Ćc giai đọn của kỹ thuật thiết kế ngược

Trang 34

22

a Giai đoạn quét hình:

Dùng ḿy quét h̀nh để quét hình dáng của vật thể Các thiết bị này có thể là

lọi máy quét chuyên dùng hay có thể sử dụng chức năng quét trên ḿy công cụ CNC Có thể dùng máy quét ḍng tiếp xúc (như ḿy đo tọ độ Coordinate Measuring Machine -CMM) hoặc máy quét ḍng không tiếp xúc (máy quét laser) Khi sử dụng ḿy CMM th̀ đầu dò tiếp xúc với bề mặt cần đo Mỗi vị tŕ đo sẽ cho

một điểm có tọ độ (x, y, z) Tập hợp ćc điểm đo sẽ cho một đ́m mây ćc điểm Khi sử dụng máy quét laser thì chùm tia laser từ máy chiếu vào vật thể sẽ phản x̣

trở ḷi cảm biến thu Hình ḍng của toàn bộ vật thể được ghi ḷi bằng cách dịch chuyển hay quay vật thể trong chùm ánh sáng hoặc quét chùm ánh sáng ngang qua

vật Phương ph́p này cho độ ch́nh x́c kém hơn phương ph́p tiếp xúc Dung sai đ̣t được khi dùng phương ph́p tiếp xúc từ 0,01 – 0,02mm trong khi phương ph́p không tiếp xúc thì 0,025 – 0,2mm

Cả 2 phương ph́p đều cho dữ liệu vì chi tiết gồm tập ćc điểm (đ́m mây điểm) Đ́m mây điểm này phải được chuyển sang ḍng lưới đa gíc để xây dựng mặt

b Giai đoạn xử lý điểm:

Giai đọn này liên quan đến nhập dữ liệu đ́m mây điểm, giảm nhiễu từ dữ

liệu thu được và giảm số lượng điểm Giai đọn này cũng cho phép chúng ta ghép các bộ dữ liệu đã quét.Đôi khi chúng ta phải quét nhiều lượt để đảm bảo rằng tất cả ćc đối tượng trên chi tiết được quét hết Như vậy có thể phải xoay chi tiết cho lần quét tiếp theo Vì thế chuẩn mỗi lần quét rất quan trọng.Kế họch quét nhiều lượt có t́c động trực tiếp đến giai đọn xử lý điểm.Lập chuẩn quét thích hợp sẽ giảm những

nỗ lực yêu cầu trong giai đọn xử lý điểm và cũng tŕnh sai số từ việc ghép dữ liệu

từ các lần quét

Đầu ra của giai đọn xử lý điểm là một bộ dữ liệu đ́m mây điểm đã được “nối” từ các lần quét và không có lỗi.Hiện ṭi có nhiều phần mềm chuyên nghiệp dùng cho

xử lý điểm

Trang 35

hoặc các gói phần mềm chuyên biệt thường được sử dụng đến cho xử lý điểm Ṭo

dữ liệu bề mặt từ bộ dữ liệu đ́m mây điểm vẫn là một quá trình rất chủ quan mặc

dù các thuật toán dựa trên đối tượng bắt đầu xuất hiện cho phép kỹ sư tương t́c với

dữ liệu đ́m mây điểm nhằm ṭo ra mô hình khối đặc hoàn chỉnh cho các môi trường CAD hiện ṭi

Giai đọn này phụ thuộc nhiều vào mục đ́ch thực sự cho kỹ thuật ngược.Ví dụ, nếu

ta quét một chi tiết khuôn ép nhựa bị gãy để chế ṭo một cái mới thì chúng ta chỉ quan tâm đên việc ṭo mô hình hình học của chi tiết và cũng quan tâm đến việc ṭo

dữ liệu mã ISO G-code dùng cho máy CNC nhằm gia công chi tiết sau này Chúng ta cũng ć thể dùng kỹ thuật ngược để phân tích dữ liệu rồi so sánh với mẫu thiết kế.Phần mềm kỹ thuật ngược cho phép người sử dụng so sánh hai bộ dữ liệu (đã được thiết kế và đã được chế ṭo).Qú tr̀nh này cũng cho phép kiểm tra chi tiết

đã được chế ṭo

Trang 36

24

Đầu ra của giai đọn này là mô hình hình học ở một trong ćc định ḍng như IGES, VDA, STL, DXF, OBJ, VRML, ISO G Code…

Các hình ảnh sau đây mô tả 1 số công đọn quét hình và xử lý

Hình 2.4:Ćc giai đọn quét và xử lý đầu người

Từ dữ liệu mô h̀nh CAD, ć thể ́p dụng công nghệ ṭo mẫu nhanh để ṭo mẫu sản phẩm Cũng ć thể ṭo mẫu trên ḿy phay CNC, khi đ́ phải lập tr̀nh NC nhờ ćc phần mềm CAD/CAM chuyên nghiệp như Catia, Unigraphic, Pro/Engineer, GibCAM để ṭo ra ćc đường cḥy dao

Trang 37

25

Hình 2.5:Quá trình phay mẫu mặt người trên ḿy phay CNC

2.2.4 Danh m c chi tít chính của đ ng cơ đư đ c quét 3D

B ng 2.1: Danh mục Scan 3D các chi tiết chính

Trang 38

tiếng Ph́p nghĩa là Thiết kế ba chiều được máy tính hỗ trợ và ć tương t́c ) Ń đã được đổi tên thành CATIA năm 1981, khi Dassault ṭo ra một chi nh́nh để phát triển và bán các phần mềm và ký hợp đồng không độc quyền phân phối với IBM

Trang 39

2.3.2 T́nh năng của ph n mềm Catia

Phần mềm CATIA là hệ thống CAD/CAM/CAE 3D hoàn chỉnh và ṃnh mẽ

nhất hiện nay, do hãng Dassault Systems phát triển, phiên bản mới nhất hiện nay là CATIA V5R19 , là tiêu chuẩn của thế giới khi giải quyết hàng lọt các bài toán lớn trong nhiều lĩnh vực kh́c nhau như: xây dựng, cơ kh́, tự động hóa, công nghiệp ô

tô, tàu thủy và cao hơn là công nghiệp hàng không Nó giải quyết công việc một cách triệt để, từ khâu thiết kế mô h̀nh CAD (Computer Aided Design), đến khâu

sản xuất dưa trên cơ sở CAM (Computer Aided Manufacturing, khả năng phân t́ch tính toán, tối ưu h́a lời giải dựa trên chức năng CAE(Computer Aid Engineering)

của phần mềm CATIA Các Môdun chính của CATIA như sau:

Trang 40

Hình 2.7: Mô hình ṭo bằng Mechanical Design

- Shape design and styling :Modul này cho phép thiết kế các bề mặt có biên

ḍng, kiểu dáng phức ṭp trong lĩnh vực thiết kế võ ô tô, tàu biển, ḿy bay…Thiết

lập bản vẽ nhanh, vẽ các biên ḍng phức ṭp Tối ưu ćc biên ḍng bề mặt, xây dựng các hình ḍng chi tiết bằng số hóa tọa độ ćc điểm.Ṭo những hình ảnh tương tác bắt mắt qua việc thay đổi camera, gán vật liệu, củng như ṭo chuyển động, diễn

tả kết quả ở không gian phối cảnh qua chức năng Photo Studio.Ń ć thể tái lập nhanh cấu trúc bề mặt một chi tiết

Định dạng
Số trang	163
Dung lượng	8,69 MB