Nghiên cứu khả năng sử dụng pít tông ô van-trống trên động cơ IAMZ-236

Chia sẻ: Bobietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo trình bày cơ sở lý thuyết và kết quả tính toán biên dạng ô van - trống pít tông động cơ IAMZ-236. Bằng phương pháp phần tử hữu hạn khi dùng phần mềm ANSYS 17.2 tính toán tương tác của cặp pít tông - xi lanh nguyên bản và pít tông-xi lanh có pít tông ô van - trống. Từ đó đưa ra nhận định, đánh giá hiệu quả của việc sử dụng pít tông ô van - trống trên động cơ IAMZ236.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu khả năng sử dụng pít tông ô van-trống trên động cơ IAMZ-236

HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SỬ DỤNG PÍT TÔNG Ô VAN-TRỐNG TRÊN ĐỘNG CƠ IAMZ-236 STUDY ON THE POSSIBILITY OF USING THE OVAL-DRUM PISTON ON THE IAMZ-236 ENGINE PHẠM ĐỨC TIẾP1, NGUYỄN HÀ HIỆP2, PHÙNG VĂN ĐƯỢC2* 1 Bộ Chỉ huy Quân sự Tỉnh Hưng Yên 2 Khoa Động lực, Học viện Kỹ thuật quân sự *Email liên hệ: duocpv@lqdtu.edu.vn dạng và có biên dạng ô van với trục lớn cùng hướng với Tóm tắt chốt PT. Để loại bỏ hiện tượng này, khi chế tạo PT Bài báo trình bày cơ sở lý thuyết và kết quả tính thường làm thân PT có biên dạng ô van theo chiều toán biên dạng ô van - trống pít tông động cơ ngược lại, nghĩa là trục lớn vuông góc với chốt PT [3]. IAMZ-236. Bằng phương pháp phần tử hữu hạn Do phân bố nhiệt độ theo chiều cao PT khi động khi dùng phần mềm ANSYS 17.2 tính toán tương cơ làm việc là không đều, nên độ biến dạng theo chiều tác của cặp pít tông - xi lanh nguyên bản và pít cao tại các phần của PT khác nhau, dẫn đến khe hở tông-xi lanh có pít tông ô van - trống. Từ đó đưa giữa thân PT và XL không đều nhau. Để đảm bảo khe ra nhận định, đánh giá hiệu quả của việc sử hở giữa thân PT và XL hợp lý và đều nhau giữa các dụng pít tông ô van - trống trên động cơ IAMZ- phần theo chiều cao, PT được làm theo dạng ô van - 236. trống. Theo [4] với biên dạng ô van - trống đảm bảo Từ khóa: Pít tông, ô van - trống, khe hở, xy lanh, giảm ứng suất nhiệt đến 20%, giảm ồn và tiêu hao dầu biến dạng, IAMZ-236. bôi trơn do bị cháy. Abstract Động cơ IAMZ-236 được sử dụng phổ biến trên This article presents the theoretical basis and các phương tiện đặc chủng. Trên động cơ sử dụng PT original piston conversion result of the IAMZ-236 và XL có biên dạng trụ với đường kính theo cả chiều engine to an oval - drum. Based on the finite cao tương ứng là 129,8mm và 130mm [5]. Mục đích element method in software ANSYS 17.2 calculates của nghiên cứu là tính toán biên dạng ô van-trống cho the interaction of the original piston - cylinder PT động cơ IAMZ-236, đánh giá khả năng sử dụng PT pair and piston - cylinder pair with oval - drum có biên dạng mới thông qua khe hở nhiệt giữa PT và piston to conclude on the effect of the use of the XL ở trạng thái làm việc. oval - drum piston on a particular engine, for 2. Cơ sở lý thuyết xác định biên dạng ô van- example on the IAMZ-236 engine. trống của pít tông Keywords: Piston, oval - drum, slits, 2.1. Cơ sở lý thuyết xác định biên dạng trống deformation, IAMZ-236. Quy luật truyền nhiệt trong PT theo chiều cao như sau [6]: Ở đây, chấp nhận một số giả thiết, như chế độ 1. Đặt vấn đề nhiệt của PT-XL là ổn định; quá trình truyền nhiệt Pít tông (PT) là một trong những chi tiết rất quan thuần túy là truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt; hệ số dẫn trọng của động cơ, làm việc trong điều kiện khắc nhiệt của vật liệu chế tạo PT và của màng dầu bôi trơn nghiệt, chịu tác dụng của lực khí thể, lực quán tính, không đổi. Trong đó: chK - Hàm hyperbolic cosin của lực ngang, lực ma sát gây mòn ở nhiệt độ cao,... Khe K; τ - Chênh lệch nhiệt độ giữa PT-XL; Lю, Sю - Chiều hở giữa PT và xi lanh (XL) là một thông số quan trọng, dài và độ dày trung bình thân PT; λ - Hệ số dẫn nhiệt ảnh hưởng đến khả năng làm việc của nhóm PT-XL của vật liệu chế tạo PT; λм, δм - Hệ số dẫn nhiệt và độ [1]. Kích thước khe hở phụ thuộc vào ứng suất cơ - dày của màng dầu. nhiệt, các thông số hình học, tính chất vật lý của vật Mỗi phần của thân PT được xác định bằng tọa liệu chế tạo các chi tiết nhóm PT-XL [2]. độ x và độ tăng đường kính tương ứng với x (Hình Dưới tác dụng của lực ngang lên thân PT, áp lực của 1). Từ đó có thể xác định được biên dạng trống của khí thể lên đỉnh PT, cũng như do biến dạng nhiệt không thân PT. đều của đầu PT khiến phần thân dẫn hướng của PT biến SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 127
HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 xo 1 chK - 1 = 1 - arc sh (6) Lю K K Thay (6) vào (5) ta rút ra được: æ x ö chK ç 1 - 0 ÷ y n = max = 1 - è LЮ ø - xo (7) d chK Lю Từ (5) và (7) ta rút ra được: é æ xo ö ù ê chK ç1 - ÷ ú ê1 - è Lю ø ú y 1ê chK xo ú (8) = - Hình 1. Kích thước của thân PT dạng trống và XL ymax n ê 1 Lю ú ê 1- ú ở hai trạng thái nóng và nguội ê chK ú ê ú ë û 2 d t t l = × м (1) ymax được xác định từ điều kiện: ymax ³nD n, 2 d s dx м ю l Trong đó: D - Khe hở giữa PT và XL. Khi x = Lю, thì dt dx = 0, do đó: Từ đó ta có thể xác định biên dạng trống của thân PT thông qua các tọa độ (x, y) theo (5) và (8). æ x ö 2.2. Cơ sở lý thuyết xác định biên dạng ô van chK ç 1 - ÷ t = è Lю ø tв (2) Trong tiết diện ngang vuông góc với đường tâm chK PT, tọa độ cực có véc tơ bán kính r, góc cực j. Lю t Gọi D = R - r, trong đó: R - Bán kính của PT. K= = arcch в (3) ld м sю tн Theo [6], j phụ thuộc vào D theo biểu thức có dạng: lм ∆ = А+Вcos2φ +Сcos4φ (9) Gọi l là hiệu của bán kính lớn và bán kính nhỏ của I - XL nguội; II - XL nóng; III - PT nguội; IV - PT nóng. hình ô van, với B = l/4, biến đổi (9) ta được: Đặt: yг y = (b -1) b = n (4) D 1 = U + cos 2j + 1 - U cos 4j (10) Kết hợp (2), (3), (4) suy ra: l 4 é æ ù Trong đó: А+С=В, được xác định từ chuỗi Fourier. x ö ê chK ç1 - ÷ ú Thông thường các nhà chế tạo chọn giá trị U = 0,7 ê1 - è Lю ø ú ê x ú (5) ÷ 1,33 [6]. Biên dạng ô van của thân PT là hàm phụ y=ê chK - 1 Lю ú d thuộc vào tham số U, được thể hiện trên Hình 2. ê 1- ú ê chK ú ê ú ë û Trong đó: d = baD(t в -t н ) 2; a - Hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu chế tạo PT; y = f(x) với điều kiện 2 dy dx = 0 và d 2 y dx < 0 ; Hệ số n đặc trưng cho độ tang trống của PT thông qua trị số β, n được chọn theo kinh nghiệm, thông thường 0 < n
HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Đối với PT động cơ IAMZ-236, ta tính được các thông số: K = 3,33. Chọn K = 3; x0 Lю = 0,390 ; n = 0,368 ; chọn n = 0,09, tính được ymax = 0,409. Tính các tọa độ (x, y) để xác định biên dạng trống (Hình 4). Trong đó, trục đứng là chiều dài thân PT, tính từ xéc măng dầu trên đầu PT đến đuôi PT, (mm). Xác định được U = 0,96. Chọn l = 2mm, từ đó rút ra được biểu thức xác định biên dạng ô van của thân PT động cơ IAMZ-236. 1 Hình 3. Sự phụ thuộc của tham số U vào tỉ số a/R r = 64, 49 - 0,96 + cos 2j + 0, 04 cos 4j (11) 2 Biên dạng ô van của thân PT động cơ IAMZ-236 Giá trị U phụ thuộc vào tỉ số a/R (Hình 3), trong được xác định như Hình 5. Trong đó, trục đứng là đó: a = h/4, h - Chiều dài của chốt PT [6]. đường kính của PT, mm. 3. Tính toán xác định biên dạng ô van - trống của PT động cơ IAMZ-236 Các thông số kết cấu để tính toán biên dạng ô van - trống của PT động cơ IAMZ-236 được thể hiện trong Bảng 1 [5]. Bảng 1. Thông số kết cấu của PT động cơ IAMZ-236 Ký Giá Thông số hiệu trị Chiều dài thân PT, [mm] Lю 105 Độ dày trung bình của thân PT, [mm] Sю 7,6 Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu chế tạo PT, [W/m.K] l 150 Hệ số dẫn nhiệt của màng dầu М10Г2 lM 0,115 Hình 5. Biên dạng ô van của thân PT ở 150 ¸ 200oC, [W/m.K] Độ dày màng dầu, [mm] dM 0,1 Khe hở giữa PT và XL, [mm] 0,1 Mô hình PT động cơ IAMZ-236, được xây dựng Chiều dài chốt PT, [mm] h 106 bằng phần mềm Autodesk Inventor. Các thông số kết Đường kính PT, [mm] D 129,8 cấu của PT biên dạng ô van - trống về cơ bản giống với PT nguyên bản, chỉ khác về biên dạng ô van theo tiết diện ngang và trống theo chiều cao của thân PT. 4. Đánh giá khe hở nhiệt giữa PT-XL trên động cơ IAMZ-236 Hình 2. Biên dạng ô van của thân PT Hình 4. Biên dạng trống của thân PT Hình 6. Diễn biến áp suất khí thể SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 129
HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Hình 7. Diễn biến nhiệt độ khí thể Hình 8. Diễn biến hệ số trao đổi nhiệt Bảng 2. Kết quả tính toán biến dạng và khe hở nhiệt giữa PT-XL ở trạng thái làm việc Chiều dài PT nguyên bản PT ô van-trống XL nguyên bản Khe hở nhiệt PT-XL từ đỉnh Biến Biến Biến Ô van- Bán kính Bán kính Bán kính Nguyên bản PT dạng dạng dạng trống [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] 0,00 0,538 65,438 0,533 65,188 0,040 65,040 -0,398 0,012 22,25 0,430 65,330 0,426 65,081 0,112 65,112 -0,218 0,195 31,70 0,382 65,282 0,378 65,033 0,155 65,155 -0,127 0,286 42,50 0,337 65,237 0,334 64,989 0,174 65,174 -0,063 0,349 53,10 0,306 65,206 0,297 64,952 0,183 65,183 -0,022 0,395 62,50 0,277 65,177 0,291 64,946 0,196 65,196 0,019 0,413 75,63 0,260 65,160 0,265 65,066 0,204 65,204 0,045 0,203 88,75 0,247 65,147 0,258 65,134 0,211 65,211 0,063 0,094 99,25 0,251 65,151 0,251 65,151 0,220 65,220 0,069 0,069 115,00 0,242 65,142 0,243 65,132 0,233 65,233 0,091 0,109 128,13 0,252 65,152 0,251 65,104 0,245 65,245 0,093 0,173 141,25 0,273 65,173 0,273 65,073 0,248 65,248 0,075 0,242 154,38 0,295 65,195 0,298 65,031 0,250 65,250 0,055 0,331 167,50 0,325 65,225 0,318 64,973 0,254 65,254 0,028 0,444 Hình 9. Biến dạng của PT Hình 10. Biến dạng của PT nguyên bản ô van - trống Hình 11. Biến dạng của XL nguyên bản 130 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021)
HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Mô hình tính toán, xác định khe hở nhiệt giữa PT- mm, gần bằng khe hở thiết kế, đúng kỳ vọng của việc XL được giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn hoán cải PT trụ sang PT ô van - trống. trong phần mềm ANSYS 17.2. Các kết quả tính toán Kết quả nghiên cứu cần được kiểm chứng về độ bao gồm khe hở nhiệt giữa PT nguyên bản và XL tin cậy. Tuy nhiên, do điều kiện nghiên cứu thực nguyên bản, PT ô van - trống và XL nguyên bản. nghiệm gặp nhiều khó khăn nên vấn đề này sẽ được Các thông số đầu vào, áp suất khí thể (Hình 6), tiếp tục nghiên cứu sau. Mặc dù vậy, kết quả nghiên nhiệt độ khí thể (Hình 7) và hệ số trao đổi nhiệt (Hình cứu thu được đúng như sự kỳ vọng của việc hoán cải 8) được lấy từ các kết quả tính toán chu trình công tác PT trụ sang PT ô van - trống, đây sẽ là cơ sở quan của động cơ tại chế độ định mức Neđm = trọng cho những nghiên cứu tiếp theo về sự hoán cải 132kW, nđm = 2100vg/ph bằng phần mềm GT-Suite. hai loại PT này. Kết quả tính toán biến dạng của PT và XL trên 5. Kết luận phần mềm ANSYS 17.2 được thể hiện trên các Hình Nghiên cứu đã thực hành tính toán biên dạng ô van 9, 10, 11 và trong Bảng 2. - trống của PT động cơ IAMZ-236, kiểm tra biến dạng Từ kết quả tính toán dựng được đồ thị biến dạngvà của PT, XL trên phần mềm chuyên dụng. khe hở nhiệt giữa PT-XL khi động cơ làm việc (theo Ở trạng thái làm việc, khi sử dụng PT ô van - trống mặt cắt đi qua đường tâm PT vuông góc với chốt PT) đảm bảo khe hở nhiệt giữa PT-XL gần bằng khe hở (Hình 12). thiết kế, chiều dày màng dầu hợp lý, từ đó nâng cao chất lượng bôi trơn, giảm nguy cơ bó kẹt, giảm ồn và ma sát. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đào Trọng Thắng. Tính toán sức bền các chi tiết của động cơ đốt trong bằng phương pháp phần tử hữu hạn. NXB Quân đội Nhân dân, 2016. [2] Булатов В. П. Исследование и оптимизация параметров точности и технологических методов формирования поверхностей трения деталей ЦПГ дизелей. Дисс. докт. тех. наук - Л.: ЛКИ, 1981. [3] Путинцев С.В. Механические потери в поршневых двигателях. Учеб. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, - 274 с, 2011. [4] Шатров М.Г., Морозов К.А., Алексеев И.В. Автомобильные двигатели. -М.: Издательский центр «Академия», - 464 с, 2010. [5] Руководство по эксплуатации. Силовые агрегаты ЯМЗ-236. Ярославль, - 350 с, 2008. [6] Гинцбург Б. Я. Профилирование ế ạ ở ệ ở ạ ệ бочкообразных овальных юбок поршней. В сб. Trong trạng thái làm việc, khe hở nhiệt của phần “Повышение износостойкости деталей ДВС”. - đầu PT nguyên bản với XL có giá trị âm nói lên rằng, М: Машиностроение, с.61-69, 1972. cặp PT-XL nguyên bản không có khe hở tại phần đầu PT, hiện tượng này sẽ gây ra ma sát khô, bào mòn PT Ngày nhận bài: 23/6/2021 và XL, gia tăng ứng suất nhiệt, có thể xuất hiện bó kẹt Ngày nhận bản sửa: 09/8/2021 PT trong XL và gây ồn. Phần thân PT theo chiều cao Ngày duyệt đăng: 12/8/2021 PT co lại làm cho khe hở giữa PT-XL lớn hơn giá trị theo thiết kế, chất lượng bôi trơn xấu hơn. Với cặp PT ô van - trống và XL nguyên bản, khe hở nhiệt giữa PT-XL dao động xung quanh giá trị 0,1 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 131