BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUC PHNG


 !
"#$%&'(
)"*++,## -
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 62.52.01.16
.,/#!0
123'4567
&89 :;--<
'=)>?
@AB3CADE@FGEHCIJCKLM
6N N 1IOKE@CPE@
4N NQ3RE SEC
CTEU3VE6MNCQW,3ECXYE
CTEU3VE4MN=Z3T3O3[X
CTEU3VE\MN@X]^E _ECA`E@
Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo
Quyết định số 1352/QĐ-HV, ngày 28 tháng 5 năm 2014 của Giám đốc Học
viện Kỹ thuật quân sự, họp tại Học viện Kỹ thuật quân sự vào hồi… giờ
ngày….tháng….năm 2014
abCcb_WC3cXdXeEfEbQ3M
- Thư viện Học viện Kỹ thuật quân sự
- Thư viện Quốc gia
1
, g
Trong động cơ diesel tàu thủy, cặp pít tông - xi lanh là một cụm chi tiết
quan trọng, cơ bản. Chuyển động của pít tông trong xi lanh có tính chu kì
nhưng trong thực tế chuyển động này rất phức tạp. Chuyển động này tạo nên
một sự tương tác phức tạp của cặp pít tông - xi lanh. Sự tương tác này càng

chung và kiến nghị các hướng nghiên cứu tiếp theo và phụ lục.
CA`E@6Nuv"#$
%&'(- )"
6N6N wbpYEi[
Sự tương tác của cặp pít tông và xi lanh động cơ xảy ra rất phức tạp
và rộng, trong phạm vi luận án này sự tương tác của cặp pít tông – xi lanh
được khảo sát gồm có: chuyển động phụ của pít tông (chuyển động ngang
2
và chuyển động xoay) trong khe hở giữa pít tông và xi lanh và lực va đập
của pít tông với xi lanh. Phụ tải nhiệt có ảnh hưởng đến nhiều thông số của
sự tương tác như ma sát, độ dày màng dầu bôi trơn, khe hở giữa các chi tiết
chuyển động tương đối v.v… Tuy nhiên, trong phạm vi của luận án này, chỉ
khảo sát ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến khe hở giữa pít tông và xi lanh (khe
hở nhiệt). Như vậy, ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác trong luận
án chính là ảnh hưởng của sự thay đổi khe hở giữa pít tông và xi lanh do phụ
tải nhiệt đến sự tương tác của chúng.
6N4N wLi3cWHxbLYXp1dPq@CyqLwqqjbbzE@'{3dJECi2E@L`F3|}|d
dJ3Wf]qCfbb1XbCm]
Các tổ hợp máy phát điện trên tàu thường sử dụng động cơ diesel 4 kì có
tốc độ định mức để lai máy phát điện. Các động cơ này là có công suất nhỏ;
sử dụng các te khô; hệ thống làm mát bằng nước với hai vòng tuần hoàn, vòng
trong sử dụng nước ngọt để làm mát động cơ còn vòng ngoài sử dụng nước
biển để làm mát nước ngọt và dầu bôi trơn. Bộ điều tốc sử dụng điều tốc một
chế độ, thay đổi tải bằng thanh răng bơm cao áp.
1.2.1. Đặc điểm kết cấu của pít tông
1.2.2. Đặc điểm kết cấu của xi lanh
1.2.3. Đặc điểm lắp ghép của cặp pít tông - xi lanh
6N\N fLWzC_ECbA`E@bfL
Vấn đề tương tác của cặp pít tông - xi lanh đã được quan tâm nghiên
cứu từ những năm 40 của thế kỉ XX. Gồm có 3 mô hình: mô hình không có

chuyển động ngang và góc xoay của pít tông, tuy
nhiên, tác giả cho khe hở này là những hằng số.
Tác giả sử dụng lí thuyết va đập của Timosenko
S.P. để xây dựng phương trình tính lực va đập
của pít tông lên xi lanh (Hình 1.13). ng lót,
đầu tiên nằm ở trạng thái tĩnh, bị va đập bởi
khối lượng m với vận tốc v
0
. Khoảng cách của
pít tông và ống lót bằng hiệu dịch chuyển của
pít tông S
P

và sự lệch của ống lót S
L
. Kết quả
nhận được phương trình tính toán hiệu dịch
chuyển ε. Giải phương trình này sẽ xác định
được sự phụ thuộc của lực va đập và thông số dao động của xi lanh và pít
tông theo thời gian. Tác giả so sánh kết quả thực nghiệm với nghiên cứu lí
thuyết và thấy rằng: lực va đập phụ thuộc vào thời gian; chuyển động phụ của
pít tông, dao động của ống lót trùng khớp nhau; xê dịch trục chốt pít tông sẽ
làm giảm độ rung của xi lanh và tiếng ồn của động cơ.
Trong những mô hình đã nghiên cứu đều có ít nhiều đề cập đến ảnh
hưởng của khe hở giữa pít tông và xi lanh và coi đây là một yếu tố ảnh
hưởng đến sự tương tác. Tuy nhiên, khe hở này được khảo sát dưới dạng
một hằng số không phụ thuộc vào hành trình của pít tông và phụ tải nhiệt
của động cơ. Với các mô hình đã khảo sát thì mô hình của Nikishin V.N.
tham số khe hở giữa pít tông và xi lanh được thể hiện rõ ràng nhất.
1.4. Ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của

1.4.3. Ảnh hưởng của rung động ống lót xi lanh đến
cường độ trao đổi nhiệt
1.4.4. Các chỉ tiêu đánh giá phụ tải nhiệt
1.4.4.1. Các chỉ tiêu trực tiếp
Ứng suất nhiệt trên chi tiết; nhiệt độ cực đại cho phép tại các bề mặt đặc trưng [15].
1.4.4.2. Các chỉ tiêu gián tiếp
Mật độ dòng nhiệt truyền cho nước làm mát, các thông số ứng suất nhiệt
giả định [15].
1.4.5. Ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến biến dạng và khe hở giữa pít
tông và xi lanh
Khi động cơ thay đổi tải, trạng thái nhiệt và biến dạng của cặp pít tông –
xi lanh cũng thay đổi, làm cho khe hở nhiệt giữa chúng cũng thay đổi theo.
Chính điều này làm ảnh hưởng trực tiếp đến sự tương tác giữa pít tông – xi
lanh của động cơ.
6N~NtJLCKEWzC_ECbjECbIfE
Mô hình bài toán đặt ra cho luận án như sau: Lựa chọn một mô hình cơ
nhiệt phù hợp nghiên cứu dao động theo phương ngang của cặp pít tông - xi
lanh của động cơ trong đó có xét đến tương tác gồm: pít tông (chuyển động
trong xi lanh có kể đến khe hở giữa chúng) –thành xi lanh – áo nước làm mát.
Xây dựng hệ phương trình mô tả tương tác theo phương ngang của cặp pít
tông - xi lanh. Xây dựng thuật toán và chương trình tính. Nghiên cứu ảnh
hưởng của phụ tải nhiệt đến lực tương tác của thành xi lanh (thông qua khe hở
giữa pít tông và xi lanh). Tiến hành thực nghiệm đo trường nhiệt độ ống lót xi
lanh để kiểm nghiệm kết quả tính. Sau khi phân tích các ưu, nhược điểm của
các mô hình, luận án lựa chọn mô hình tương tác của Nikishin V.N. làm mô
hình tính toán sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh; lựa chọn lí thuyết truyền
5
nhiệt và phương pháp tựa tĩnh để tính toán trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt
cặp pít tông - xi lanh, từ đó xác định được khe hở nhiệt giữa cặp pít tông - xi
lanh ở các chế độ phụ tải khác nhau, sau đó đưa kết quả này vào hệ phương

- Sự va đập của pít tông với xi lanh là kết quả của các chuyển động trên.
Từ đó, ta xây dựng được mô
hình hình học của hệ pít tông – xi
lanh – áo nước để tính toán lực va
đập như Hình 2.1.
_EC4N6NMô hình hình học tính toán
va đập của pít tông với xi lanh
6
2.2.1. Mô hình xác định chuyển động phụ của pít tông
2.2.1.1. Chuyển động của pít tông dọc theo đường tâm xi lanh
Trình bày phần chuyển vị, gia tốc của pít tông, lực khí thể, lực quán tính,
lực ngang tác dụng lên pít tông.
2.2.1.2.Chuyển động phụ của pít tông trong khe hở giữa pít tông và xi lanh
Khi xét chuyển động
phụ theo mô hình của tác
giả Nikishin V.N. [29] có
các giả thiết sau: chuyển
động phụ của pít tông
gồm chuyển động ngang
và chuyển động quay; lực
ma sát P
mx
giữa xéc măng
với rãnh xéc măng và mô
men ma sát của chốt pít
tông M
mc
cản trở chuyển
động phụ nêu trên (Hình
2.2); coi thân pít tông có

2
]; γ - góc
quay pít tông quanh trọng tâm, [độ]; l
c
- khoảng cách từ trục chốt pít tông
đến trọng tâm, [m]; l
x
- khoảng cách từ lực P
mx
đến trọng tâm, [m].
Coi mô men ma sát của chốt pít tông trong đầu nhỏ thanh truyền M
mc
là hằng
số. Phương trình chuyển động quay của pít tông quanh tâm chốt O có dạng:
2
k
O k xO mx
2
d
I P l P
2
dt
γ
∆
= −
(2.10)
Với: I
O
-mô men quán tính của hệ pít tông đối với trục chốt pít tông, [kg.m
2

t N
t P
v
2m m
δ
δ
= −
&
(2.12)
với:
N
&
- đạo hàm theo thời gian của lực ngang N.
Từ biểu thức (2.8) ta có vận tốc góc tương ứng và tính được vận tốc dài
của thân pít tông v
1y
tại điểm cách trọng tâm một khoảng y sẽ là:
1 1 1
2
c
mc x mx
1y k
O O O
l .t N
t M t l P .t
v y P .
2I I I 2
δ
δ δ δ
∆

 
&
(2.16)
Vận tốc tổng hợp trong dịch chuyển ngang của thân pít tông ở cách trọng
tâm một khoảng y là:
1 1 1
2 2
k
mx xO mx
y
1 1 O O
2
c
mc x mx
k
O O O
t N .t P
t P t l P
v y
2m m 4I 2I
l t N
t M t l P .t
y P .
2I I I 2
δ δ
δ
δ δ
δ δ δ
∆
∆

t N .t P t l P
x y
6m 2m 12I 4I
t M .t
l t N
t l P
y P .
6I 2I 2I 4
δ δ δ
δ
δ
δ δ
δ
∆
∆
 
 ÷
= − − − +
 ÷
 
 
 ÷
+ − + −
 ÷
 
& &
&
(2.19)
Khi bỏ qua lực và mô men ma sát có thời gian dịch chuyển [29]:
1


và chuyển vị ngang
của ống lót S
L
[29].
P L
S S
ε
= −
(2.27)
ng lót được coi như một dầm có 1 đầu được ngàm cứng theo dạng công
xôn. Theo lí thuyết va chạm của Timosenko S.P. biểu thức tính dao động
của dầm công xôn là [7], [29], [32]:
L 1
Li
0
Li
t
2
n (t t )
i 0
vd 1 1
L x x
l
L L
i 1
0
i
0
X ( x )

va đập, [m]; X
i
(x) - hàm riêng của dao động ống lót xi lanh.
Trên pít tông trong thời điểm va đập có sự tác động của lực ngang N và
lực va đập N
vd
, gây ra chuyển động của pít tông. Do pít tông không phải là
vật cứng tuyệt đối cho nên công thức chuyển động của pít tông trong thời
gian va đập sẽ là [29]:
0 P
t
P
P P P P vd 1 1
P P 1
0
0
1 dS 1
S S cos t sin t N N (t ) sin ( t t )dt
dt m
ω ω ω
ω ω
 
 
= + + − −
 ÷
 
 
∫
(2.35)
trong đó: m

vd 1 1
l
L L
i 1
0
i
0
1 N 1
kN v sin t (1 cos t ) N ( t )sin ( t t )dt
m
m
X ( x )1
N ( t )e sin (t t )dt .
F
X ( x )dx
ε ω ω ω
ω ω
ω
ω
ρ ω
∞
− −
∗
∗
=
= = + − − − −
− −
∫
∑
∫

 ÷
∂ ∂ ∂ ∂
 
(2.45)
Với: a = λ/ρc - hệ số khuếch tán nhiệt
2.3.3. Các điều kiện biên của bài toán
tính trường nhiệt độ
Điều kiện biên gồm điều kiện hình học
biểu thị đặc trưng hình dạng và kích thước
của vật, điều kiện vật lý đặc trưng tính chất
vật lý của vật, điều kiện thời gian đặc trưng
cho trường nhiệt độ tại thời điểm ban đầu và
điều kiện biên tiếp xúc biểu thị tác dụng
tương hỗ giữa vật với môi trường bên ngoài.
2.3.4. Xác định trường nhiệt độ của pít
tông và xi lanh
2.3.4.1. Các giả thiết khi tính toán
Trình bày các giả thiết sử dụng khi tính
toán trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt
2.3.4.2. Các điều kiện biên của mô hình
tính toán
Trình bày các điều kiện biên của bài toán.
2.3.5. Biến dạng nhiệt của cặp pít tông
và xi lanh
Theo [3],[6],[55] véc tơ biến dạng nhiệt
{ε
th
}trong không gian được viết như sau:
{
ε

' ' '
0 0
. .
. .
d d
th th
xl xl d d p d
xl xl th th p th
D d D D T T d d T T
D d D D T T d d T T
 
∆ = − =  + Λ −  − + Λ −
 
 
 
∆ = − =  + Λ − − + Λ −
 
 
(2.59)
trong đó: D, d
d
, d
th
- đường kính xi lanh, đường kính đầu và thân pít tông ở trạng thái
nguội; Λ
xl
, Λ
p
- hệ số giãn nở dài vì nhiệt của vật liệu xi lanh, pít tông, [1/K]; T
xl

xl xl 0 p 0
T T T T
a T
t c
x y z
T 000
D d
D d D D. T T d d. T T
λ
ρ
ε ∆ Λ Λ Λ
∆
∆ Λ Λ

 
∂ ∂ ∂ ∂
= ∇ = + +

 ÷
 ÷
∂
∂ ∂ ∂

 


 
=

 

c
x mx
k
O O O
6. .m .I
t
N( I l m H )
.l .m

I l m H
t P
t N .t P t l P
x y
6m 2m 12I 4I
t M .t
l t N
t l P
y P .
6I 2I 2I 4
δ
δ δ δ
δ
δ
δ δ
δ
∆
∆
γ
∆
∆

&
& &
&
(2.62)
- Phương trình (2.63) dùng tính toán lực va đập của pít tông lên xi lanh:
P
L 1
Li
Li
2
3
0 P P
vd
2
P
1
t
vd P 1 1
1 P
0
t
2
n ( t t )
i 0
vd 1 1
l
L L
i 1
0
i

∫
(2.63)
11
4N~N tJLCKEqCA`E@qCfqbjECp1qC•EW[WbjECbIfE
2.5.1. Các phương pháp tính toán trường nhiệt độ và lựa
chọn phương pháp tính
2.5.1.1. Phân loại bài toán truyền nhiệt
2.5.1.2. Các phương pháp tính toán trường nhiệt độ và lựa chọn phương pháp
tính
Lựa chọn phương pháp PTHH cùng phần mềm ANSYS Workbench để tính
toán trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt của cặp pít tông, xi lanh.
2.5.2. Các phương pháp tính toán tương tác của cặp pít tông - xi lanh
Sử dụng phương pháp PTHH và phần mềm ANSYS Workbench LS-Dyna
để giải bài toán va chạm giữa pít tông và xi lanh.
xbdXeELCA`E@4
Đã xây dựng được mô hình lí thuyết xác định sự ảnh hưởng của phụ tải
nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel lai máy phát
tàu thủy, cụ thể: Khe hở nhiệt là đại lượng phản ánh phụ tải nhiệt của cặp pít
tông - xi lanh đến sự tương tác, được tính toán từ trường nhiệt độ và biến
dạng nhiệt của pít tông và xi lanh tại các chế độ tải khác nhau; Sự tương tác
của cặp pít tông - xi lanh được thể hiện qua hai yếu tố: chuyển động phụ của
pít tông trong khe hở giữa pít tông và xi lanh; lực va đập của pít tông lên xi
lanh trong khe hở nêu trên. Mô hình tương tác của cặp chi tiết pít tông – xi
lanh có xét đến ảnh hưởng của phụ tải nhiệt (thông qua khe hở nhiệt) nêu
trên là đóng góp mới của luận án. Đã lựa chọn các phần mềm phù hợp để
tính toán là kết hợp phần mềm Matlab và ANSYS Workbench LS - Dyna để
tính sự tương tác; ANSYS Workbench để tính toán nhiệt và khe hở nhiệt của
cặp pít tông - xi lanh.
Chương 3. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI NHIỆT
TỚI SỰ TƯƠNG TÁC CỦA CẶP PÍT TÔNG - XI LANH ĐỘNG

và dòng
nhiệt q
∑
. Quá trình trao đổi nhiệt là tựa tĩnh,
α
∑
, T
∑
và q
∑
nhận một giá trị trung bình t-
ương đương nhất định nào đó, sao cho tổng
lượng nhiệt mà môi chất truyền cho xi lanh
tương đương với tổng lượng nhiệt mà bề mặt
gương xi lanh nhận được trong một chu trình
công tác tại mỗi chế độ làm việc ổn định của
động cơ mà ta cần tính toán. Để xác định các
điều kiện biên về hệ số trao đổi nhiệt làm
thông số đầu vào khi tính toán trường nhiệt độ
bằng phần mềm ANSYS ta chia các bề mặt
trao đổi nhiệt của ống lót xi lanh thành các vùng như trên Hình 3.4. Các vùng
từ 1÷9 là của mặt gương ống lót xi lanh. Các vùng này được chia dựa trên cơ
sở tính toán chu trình công tác của động cơ và vị trí các vùng của pít tông khi
ở điểm chết dưới. Các vùng từ 10÷14 là các bề mặt bên ngoài của ống lót.
Giá trị hệ số trao đổi nhiệt tức thời có thể tính theo công thức Woschni
(1978), [11]:
( )
0,8
,1
0,2 0,8 0,53

D
– thể tích công tác của 1 xi lanh, [m]; p
c
- áp suất
môi chất trong xi lanh, [Pa]; p
c,0
- áp suất khí trời, [Pa]; T
c,1
– nhiệt độ môi
_EC\N7NSơ đồ các
vùng trao đổi nhiệt của ống
lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14
13
chất trong xilanh tại thời điểm đóng xupáp nạp, [K]; p
c,1
- áp suất môi chất
trong xilanh tại thời điểm đóng xupáp nạp, [Pa].
Hệ số trao đổi nhiệt trung bình và nhiệt độ trung bình cho toàn bộ quá trình
được xác định như sau [11], [38]:
0
1
( )
g
d
πτ
α α ϕ ϕ
πτ
Σ
=
∫

τ
- hệ số kì, bằng 2 với động cơ 2 kì, bằng 4 với động cơ 4 kì.
3.3.1.2. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên cho bài toán xác định trường
nhiệt độ pít tông
Chia bề mặt trao đổi nhiệt của pít tông thành 24 phần đặc trưng cho việc
xác định các giá trị điều kiện biên loại 3 (Hình 3.7).
3.3.2. Xác định trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt
của cặp pít tông - xi lanh
3.3.2.1. Thuật toán tính toán trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt
3.3.2.2. Điều kiện biên trao đổi nhiệt của cặp pít tông - xi lanh
Trong Bảng 3.4, 3.5 là hệ số trao đổi nhiệt và nhiệt độ tại các bề mặt tính
toán của ống lót xi lanh và pít tông ở chế độ 100%.
=TE@\N7NHệ số trao đổi nhiệt đối lưu và nhiệt độ tại các bề mặt tính
toán của ống lót xi lanh động cơ 6Ч12/14 ở chế độ 100% tải
=[Wwb 6 4 \ 7 ~ ‚ …
α
xl
, [W/m
2
.K] 292,7 270,7 306 172,8 144,4 201,4 100,7
T
xl
, [K] 1066 916 851 731 690 668 534
=[Wwb † ‡ 65 66 64 6\ 67
α
xl
, [W/m
2
.K] 500 500 5500 5500 907 2000 200
1. Bề mặt đỉnh pít tông; 2. Bề mặt cạnh đỉnh

3.3.2.3. Kết quả tính toán trường nhiệt độ và biến dạng nhiệt
Từ các điều kiện biên đã xác định, sử dụng phần mềm ANSYS
Workbench để chia lưới phần tử hữu hạn và tính toán xác định trường nhiệt
độ và trường biến dạng nhiệt. Sau khi chia lưới cặp pít tông xi lanh động cơ
6Ч 12/14, ta có. Xi lanh: 205.248 nút; 118.628 phần tử, pít tông: 10.804
phần tử và 19.619 nút.
Kết quả tính toán trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt của ống lót
xi lanh và của pít tông ở chế độ 100% tải được giới thiệu trên như trên Hình
3.10, 3.11.
3.3.3. Xác định khe hở nhiệt của cặp pít tông - xi lanh
3.3.3.1. Các mặt cắt cần xác định khe hở nhiệt
Từ các kết quả tính toán biến dạng nhiệt xác định khe hở nhiệt tại ba mặt cắt
như Hình 2.3. Đối với cặp pít tông - xi lanh động cơ 6Ч 12/14, ở trạng thái
nguội (20
0
C) có khe hở nhiệt ở phần thân
∆
th
= 0,32 mm [5].
3.3.3.2. Kết quả tính toán
Khe hở nhiệt của pít tông và xi lanh tại ba mặt cắt như trên Hình 3.14 ÷ 3.16.
_EC\N65NTrường nhiệt độ và trường
biến dạng nhiệt ống lót xi lanh động cơ
6Ч 12/14 ở chế độ 100% tải
_EC\N66NTrường nhiệt độ và
trường biến dạng nhiệt pít tông
động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 100%
bT3
_EC\N67N Khe hở nhiệt
của cặp pít tông - xi lanh

.
3.4.jECbIfE}tbA`E@bfLLmJLwqqjbbzE@'{3dJECi2E@L`‚ƒ64„67
Việc tính toán sự tương tác của cặp pít tông – xi lanh được thực hiện
trong hai trường hợp: thứ nhất là chế độ giả thiết khi động cơ làm việc
nhưng các chi tiết của cặp pít tông – xi lanh không có giãn nở nhiệt (không
có ảnh hưởng của phụ tải nhiệt), lúc này khe hở giữa pít tông và xi lanh là
một hằng số bằng khe hở khi ở trạng thái nguội Δ = 0,32 mm; thứ hai là chế
độ làm việc bình thường, các chi tiết của cụm pít tông – xi lanh có giãn nở
nhiệt (có ảnh hưởng của phụ tải nhiệt), lúc này khe hở Δ phụ thuộc vào hành
trình pít tông như đã tính toán ở phần 3.3.3. Đây là cơ sở để đánh giá sự ảnh
hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông - xi lanh động cơ
6Ч 12/14 khi so sánh kết quả tính toán của hai trường hợp.
3.4.1. Xây dựng sơ đồ thuật toán
Sử dụng phần mềm Solid Works 2013 xác định các kích thước của pít
tông động cơ 6Ч 12/14 so với trọng tâm O
1
, các giá trị như trong Bảng .
=TE@\N†NCác thông số của hệ pít tông động cơ 6Ч 12/14 để tính chuyển
động phụ
m
1
[kg] I
O1
[kgm
2
] l
c
(×10
-3
)

Khi tính toán, giả thiết P
mx
và M
mc
bằng 0, khe hở giữa pít tông và ống
lót xi lanh là một hằng số và bằng khe hở ở trạng thái nguội.

Chuyển động
phụ của pít tông ở chế độ 100% tải khi không có ảnh hưởng của phụ tải
nhiệt như trên Hình 3.19, 2.20.

_EC\N6‡NVận tốc chuyển động ngang của pít tông trong khe hở
xi lanh tại mặt cắt 1 và 2 của động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 100% tải
Theo kết quả tính toán, vận tốc chuyển
động ngang tại 3 mặt cắt không chênh
lệch nhau nhiều. Vận tốc chuyển động
ngang của pít tông trong khe hở xi lanh
đạt giá trị lớn nhất tại khu vực 365
0
góc
quay trục khuỷu. Ở mặt cắt 3, khi hành
trình đi được 110 mm (tương ứng với
khoảng 118
0
góc quay trục khuỷu) thì pít
tông bắt đầu ra khỏi ống lót nên vận tốc ở
khu vực này không xác định. Giá trị vận
tốc ngang v
max
của mặt cắt lớn nhất tại mặt

17
gian và cũng không thực sự cần thiết vì vậy chỉ cần tính toán ở một số trường hợp
đặc trưng. Trong luận án này lựa chọn tính toán lực va đập tại ba trường hợp
đặc trưng là vận tốc va chạm lớn nhất v
max
, lực ngang lớn nhất N
max
và một
trường hợp khi v và N đều lớn. Việc tính toán được thực hiện bằng phần
mềm ANSYS Workbench LS-Dyna, các giá trị ban đầu để tính toán như
trong Bảng 3.9.
=TE@\N‡NGiá trị ban đầu sử dụng tính lực
va đập của pít tông với xi lanh ở chế độ 100% tải
không có ảnh hưởng của phụ tải nhiệt
Trường
hợp tính
Góc quay
[độ]
Khe hở
nhiệt [m]
Vận tốc
[m/s]
Lực ngang
[N]
v
max
364 32. 10
-5
0,179 1288
v, N lớn 375 32. 10

tông lên xi lanh của động cơ 6Ч
12/14 ở chế độ 100% tải
18
_EC\N47NChuyển động ngang tại mặt cắt 3 và góc quay
trong khe hở của pít tông động cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 100% tải
3.4.3.2. Ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến lực va đập giữa pít tông với xi lanh
Các giá trị vận tốc và lực ngang ở chế độ tải 100% sử dụng để tính toán
lực va đập của pít tông với xi lanh như trong Bảng 3.10.
=TE@\N65NCác thông số đầu vào dùng để tính lực va đập của pít tông
với xi lanh ở chế độ 100% tải
Không có ảnh hưởng của phụ tải nhiệt Có ảnh hưởng của phụ tải nhiệt
Góc quay
[độ]
Khe hở
nhiệt [m]
Vận tốc
[m/s]
Lực ngang
[N]
Góc quay
[độ]
Khe hở nhiệt
[m]
Vận tốc
[m/s]
Lực ngang
[N]
364 32.10
-5
0,179 1288 364 17,58. 10

(chế độ giả định) và có ảnh hưởng của phụ tải nhiệt cho thấy phụ tải nhiệt có ảnh
hưởng lớn đến sự tương tác.
_EC\N4…N Lực va đập giữa pít tông
với xi lanh động cơ 6Ч 12/14
với v
max
ở chế độ 100% tải
_EC\N4†NLực va đập giữa pít tông
với xi lanh động cơ 6Ч 12/14 với v và
N đều lớn ở chế độ 100% tải
_EC\N4‡NLực va đập giữa pít
tông với xi lanh động cơ 6Ч12/14
với N
max
ở chế độ 100% tải
19
- Đối với chuyển động phụ, ảnh hưởng này tác dụng lên cả chuyển động
ngang lẫn góc quay của pít tông trong khe hở giữa pít tông với ống lót xi lanh. Kết
quả so sánh như trong Bảng 3.12, đơn vị đo các dữ liệu trong bảng là %.
=TE@\N64NẢnh hưởng của phụ tải nhiệt đến chuyển động phụ của pít
tông động cơ 6Ч 12/14
,wbLPb Cxi2bT3Š‹Œ
100 80 60 40 20
Mặt cắt 1, [%] 47,18 37,61 32,11 21,49 16,47
Mặt cắt 2, [%] 32,2 31,17 27,6 15,41 11,93
Mặt cắt 3, [%] 37,06 25,6 27,53 18,11 14,1
Góc quay, [%] 44,94 43,68 39,31 23,42 18,66
Qua kết quả so sánh, cho thấy giá trị giảm vận tốc và góc quay tương đối
do ảnh hưởng của phụ tải nhiệt giảm dần khi chế độ tải của động cơ giảm.
Điều này xảy ra do ở chế độ tải lớn, nhiệt độ của xi lanh và pít tông đều cao

20
7N6N ,hLijLCE@C3kELlX
Để minh chứng cho kết quả tính toán lí thuyết và tính đúng đắn của mô
hình tính cần phải xác định chuyển động phụ và lực va đập của pít tông với
xi lanh. Tuy nhiên đây là một công việc hết sức khó khăn. Vì vậy, trong luận
án chỉ thực hiện được nội dung nghiên cứu thực nghiệm đo nhiệt độ của ống
lót xi lanh nhằm các mục đích sau:
- Kiểm chứng các kết quả tính toán lí thuyết về tính toán trường nhiệt độ
ống lót xi lanh tại một số vị trí đặc biệt như khu vực buồng cháy, khu vực có
va đập với pít tông v.v…làm cơ sở cho việc xác định sự ảnh hưởng của phụ
tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông – xi lanh.
- Hiệu chỉnh việc tính toán lí thuyết theo thực nghiệm để có được hình
ảnh trung thực nhất về trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt của ống lót
xi lanh động cơ diesel.
7N4N OJE@bC3xbUSqChLphE@C3kELlXbC•E@C3VW
4.2.1. Nguyên lí và đặc tính kĩ thuật của thiết bị đo nhiệt độ
Trong phần này trình bày nguyên lí và đặc tính kĩ thuật của cảm biến
nhiệt độ kiểu nhiệt trở.
4.2.2. Nguyên lí hiệu chỉnh thiết bị đo nhiệt độ
4.2.3. Quy trình đo nhiệt độ cho thành ống lót xi lanh động cơ
Trình bày quy trình thực nghiệm đo nhiệt độ ống lót xi lanh động cơ 6Ч
12/14 lai máy phát điện tàu thủy tại Nhà máy X46.
4.2.4. Trang thiết bị thử nghiệm
Thử nghiệm được tiến hành tại Nhà máy X46 Hải quân với các trang
thiết bị thử nghiệm sau: Động cơ lai máy phát 6Ч 12/14: K559 - ГOCT
10150-62, có tăng áp, công suất 115 mã lực (72 kW), tốc độ định mức 1500
v/ph lắp ống lót xi lanh có gắn cảm biến nhiệt độ; Máy phát điện: công suất
60 kW, 50 Hz, 380 V, 1500 v/ph; Dàn điện trở
công suất 65 kW dùng đo công suất máy phát; Hai
ống lót xi lanh gồm một ống do Nga chế tạo vật

4.3.1. Lựa chọn các vị trí đo
Các khu vực cần đo nhiệt độ là khu vực buồng cháy, khu vực điểm chết
trên, thân ống lót đến khu vực điểm chết dưới. Mặt phẳng cần đo là mặt
phẳng đi qua tâm chốt pít tông và mặt phẳng vuông góc với nó. Trong đó
mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng đi qua tâm chốt pít tông là cần quan
tâm hơn vì đây là mặt phẳng chịu lực va đập của pít tông. Chế độ tải khi đo:
không tải, 20 %, 40%, 60% công suất định mức ở chế độ 1500 v/ph. Việc ổn
định tốc độ động cơ được thực hiện bằng điều chỉnh thanh răng bơm cao áp
còn chế độ tải bằng điều chỉnh các điện trở trên dàn đo công suất máy phát.
Các thông số cần đo: nhiệt độ của ống lót xi lanh, nhiệt độ nước làm mát.
4.3.2. Phương pháp lấy số liệu
4.3.3. Kết quả đo
=TE@7N4NCác thông số môi trường thử nghiệm
Cxi2bT3
CzE@}n
‚5‹ 75‹ 45‹ CzE@bT3
Nhiệt độ môi trường, [
0
C] 20 20 20 20
Nhiệt độ nước làm mát, [
0
C] 40 40 40 26
Nhiệt độ dầu bôi trơn, [
0
C] 60 60 60 50
Áp suất dầu bôi trơn, [kG/cm
2
] 7,1 7,1 7,1 7,5
Kết quả đo nhiệt độ khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải, 20%,
40%, 60% tải với n

cơ 6Ч 12/14 ở chế độ 60% tải
Mặt
cắt
Chiều
cao
ống lót,
[mm]
Đường kính 122 mm Đường kính 128 mm
Nhiệt độ
điểm đo
1, [
0
C]
Nhiệt độ
điểm đo
2, [
0
C]
Nhiệt độ
điểm đo
3, [
0
C]
Nhiệt độ
trung bình
[
0
C]
Nhiệt độ điểm đo
4, [

[
0
C]
Sai
số
tuyệt
đối,
[
0
C]
Sai số
tương
đối,
[%]
Nhiệt
độ
điểm
đo
2,
[
0
C]
Sai số
tuyệt
đối,
[
0
C]
Sai số
tương

đối,
[
0
C]
Sai
số
tương
đối,
[%]
MC1 258 165,5165,5 0,0 0,0168,6 3,1 1,9168,7 3,2 1,9167,6 2,1 1,2
MC2 238 154,7139,1 15,6 10,1140,4 14,3 9,3142,6 12,1 7,8140,7 14,0 9,0
MC3 193 91,5 89,1 2,4 2,6 90,1 1,4 1,6 90,7 0,8 0,9 90,0 1,5 1,7
MC4 118 71,7 70,7 1,0 1,4 70,9 0,8 1,1 73,2 1,5 2,0 71,6 0,1 0,2
Tại chế độ 60% tải ở đường kính 122 mm sai số tương đối lớn nhất là 15,6%
tại điểm đo MC2.1, sai số tương đối nhỏ nhất là 0% tại điểm đo MC1.1. Sau khi
lấy trị số trung bình thì sai số lớn nhất là 9% và nhỏ nhất là 0,2%.
23
=TE@7N6\NSo sánh nhiệt độ tính toán với nhiệt độ thực nghiệm của ống
lót xi lanh động cơ 6Ч 12/14 tại đường kính 128 mm ở chế độ 60% tải
Mặt
cắt
Chiều cao
ống lót, [mm]
Nhiệt độ tính
toán, [
0
C]
Nhiệt độ điểm
đo 4, [
0

16% nằm trong giới hạn tin cậy. Từ đó có thể khẳng định mô hình đã xây
dựng phục vụ tính toán trường nhiệt độ ống lót xi lanh có độ tin cậy.
!-!Ž
!
1. Trên cơ sở mô hình tương tác của Nikishin V.N. đã phân tích và xây
dựng một mô hình tính toán ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của
cặp pít tông - xi lanh động cơ diesel thông qua khe hở nhiệt giữa pít tông và xi
lanh gồm hai phần là xác định chuyển động phụ của pít tông trong khe hở
giữa pít tông - xi lanh và xác định lực va đập của pít tông với xi lanh. Xây
dựng mô hình tính trường nhiệt độ và trường biến dạng nhiệt của cặp pít tông
– xi lanh động cơ diesel. Mô hình này góp phần hoàn thiện phương pháp tính
toán ảnh hưởng của phụ tải nhiệt đến sự tương tác của cặp pít tông – xi lanh
động cơ diesel thông qua khe hở nhiệt.
2. Từ mô hình đã xây dựng sử dụng phần mềm Matlab tính toán chuyển
động phụ của pít tông ở các chế độ (20÷100)% tải, phần mềm ANSYS

Trích đoạn KIẾN NGHỊ VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

---