Đồ Án Mô phỏng hệ thống cấp nhiên liệu động cơ Kubota bằng phần mềm HydSim ( 2013 )

LỜI NÓI ĐẦU.
Đối với sinh viên, đồ án tốt nghiệp là một cơ hội để thử khả năng vận dụng,
tổng hợp các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề thực tế đặt ra trong lĩnh vực
chuyên ngành.
Với đề tài “Mô phỏng hệ thống cấp nhiên liệu động cơ Kubota bằng phần
mềm HydSim”, chúng em đã tìm hiểu cơ bản về các chi tiết trong hệ thống nhiên
liệu của động cơ diesel Kubota RK125. Tiếp đó là tìm hiểu phần mềm Hydsim và
ứng dụng phần mềm này để mô phỏng hệ thống nhiên liệu của động cơ này. Qua đó
đánh giá sự ảnh hưởng của những thông số kết cấu, những điều kiện biên và những
thông số vận hành đến chất lượng phun nhiên liệu, đây là cơ sở cho việc thiết kế,
chế tạo, cải thiện hệ thống nhiên liệu nhằm nâng cao chất lượng phun nhiên liệu cho
động cơ. Đề tài là sự ứng dụng công nghệ phần mềm tin học vào lĩnh vực thủy lực-cơ khí nhằm giải quyết công việc nhanh, chính xác, từ đó làm giảm cường độ lao
động cho cán bộ kỹ thuật, một điều rất hữu ích trong thời điểm công nghiệp phát
triển cần nhiều thời gian hiện nay.
Tuy điều kiện làm đồ án tương đối thuận lợi, nhưng do hạn chế về năng lực
nên kết quả thu được chỉ dừng lại ở mức độ bình thường, chưa thật sự đi sâu vào
các vấn đề mà giáo viên hướng dẫn đặt ra. Tuy vậy, thông qua đồ án này chúng em
cũng đã đưa ra được những vấn đề cơ bản, đồng thời thu nhận được rất nhiều điều
bổ ích, và chắc chắn trong đồ án còn nhiều sai sót mong các thầy cô đóng góp ý
kiến để chúng em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn
đến thầy giáo Nguyễn Quang Trungđã tận tình hướng dẫn cho chúng em hoàn
thành được đồ án tốt nghiệp này.
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU. . 0
1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL. 1
1.1. Quá trình phát triển của động cơ Diesel. . 1
1.2. Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel. . 1
1.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ diesel. 1
1.2.2. Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ diesel. 2
1.2.2.1. Các dạng cấu tạo bơm cao áp trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel . 4
1.2.2.1.1. Bơm cao áp (Bosch). 4
1.2.2.1.2. Bơm phân phối . 5
1.2.2.2. Các dạng cấu tạo vòi phun trong hệ thống nhiên liệu động cơ diesel . 6
1.2.3. Đặc điểm hình thành hoà khí trong động cơ diesel. 8
2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KUBOTA RK125 10
2.1. Giới thiệu chung. 10
2.2. Kết cấu các cụm chi tiết và hệ thống. 13
2.2.1. Nắp xilanh. 13
2.2.2. Cơ cấu Xupap. . 13
2.2.3. Nhóm piston. . 17
2.2.4. Thanh truyền. . 19
2.2.5. Trục khuỷu – Bánh đà. . 21
1. Trục khuỷu, 2. Bánh đà 21
2.2.6. Khối xilanh và ống xilanh. . 22
2.2.7. Các bánh răng phân phối. . 23
2.2.8. Trục cam. . 23
2.2.9. Hệ thống bôi trơn. 23
2.2.10. Hệ thống làm mát . 25
3. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ RK125. . 27
3.1. Tính toán nhiệt. . 27
3.1.1. Thông số ban đầu. 27
3.1.2. Các thông số chọn của động cơ. . 28
3.1.3. Tính toán các thông số của chu trình. . 28
3.2. Xây dựng đồ thị công 35
3.2.1. Xác định các điểm trên đường nén với chỉ số đa biến n1. . 35
3.2.2. Xây đựng đường cong áp suất trên đường giãn nở. 36
3.2.3. Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở 36
3.2.4. Xác định các điểm đặc biệt. . 37
Mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ Kubota bằng phần mềm HydSim
118
3.2.5. Vẽ đồ thị công. 37
3.2.6. Hiệu chỉnh đồ thị công. 38
3.2.7. Vẽ đồ thị Brich. . 39
4. KHẢO SÁT HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ RK125. 39
4.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ Kubota RK125. . 39
4.2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Kubota RK125 40
4.3. Kết cấu các cụm chi tiết của hệ thống nhiên liệu động cơ RK125. 41
4.3.1. Phần tử bơm. . 41
4.3.1.1. Cấu tạo bơm cao áp. 41
4.3.1.1.1. Hành trình đẩy nhiên liệu tới vòi phun. 42
4.3.1.1.2. Điều khiển lượng nhiên liệu phun. . 43
4.3.1.2. Piston và xilanh bơm . 44
4.3.1.3. Lò xo bơm cao áp. 44
4.3.1.4. Cam dẫn động bơm. 45
4.3.2. Cụm van cao áp. 45
4.3.3. Cấu tạo vòi phun. . 46
4.3.4. Van giảm chấn. 48
4.3.5. Bộ điều tốc. . 49
4.3.6. Bình lọc nhiên liệu. 50
4.3.7. Thùng chứa nhiên liệu. 51
4.3.8. Ống xả. 52
4.4. Cách đo đạc thực nghiệm và xác định các thông số kết cấu, hình học và thủy
lực của hệ thống nhiên liệu động cơ RK125. . 52
5. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HYDSIM . 54
5.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm. 54
5.2. Giới thiệu các nhóm phần tử trong phần mềm. 56
5.2.1. Các nhóm phần tử trong phần mềm. . 56
5.2.2. Các nhóm phần tử cần thiết cho viêc mô phỏng cho hệ thống nhiên liệu động
cơ Kubota RK 125. 56
6. SỬ DỤNG PHẦN MỀM HYDSIM ĐỂ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
ĐỘNG CƠ KUBOTA RK125. 71
6.1. Sơ đồ thuật toán của phương pháp mô phỏng. . 71
6.2. Xây dựng dựng sơ đồ hệ thống nhiên liệu và liệt kê các phần tử cần thiết để mô
phỏng. . 72
6.3. Xây dựng mô hình hệ thống nhiên liệu động cơ Kubota RK125. 75
6.4. Tạo mô hình khối bơm cao áp. 76
Mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ Kubota bằng phần mềm HydSim
119
6.5. Tạo mô hình khối đường ống cao áp. 76
6.6. Tạo mô hình khối vòi phun. 76
6.7. Tạo mô hình khối buồng cháy. 77
6.8. Kết nối các khối mô hình thành mô hình mô phỏng hệ thống nhiên liệu. 77
6.9. Khai báo dữ liệu đầu vào cho các phần tử. 79
6.9.1. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử cam lồi. . 79
6.9.2. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Piston Plunger . 80
6.9.3. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Cửa nạp/ tràn thẳng hàng. . 81
6.9.4. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử rò rỉ số 1. 82
6.9.5 Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Áp suất ban đầu của nhiên liệu . 82
6.9.6. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Buồng áp suất. 83
6.9.7. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Van cao áp có vành giảm áp. 84
6.9.8. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Khoang sau van cao áp. 85
6.9.9. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Đường ống cao áp. 85
6.9.10. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Đường ống dọc thân vòi phun. 86
6.9.11. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Khoang chuyển tiếp số 1. 86
6.9.12. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Đường ống chuyển tiếp. 87
6.9.13. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Khoang chuyển tiếp số 2. 87
6.9.14. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Đường ống xiên dẫn đến khoang nâng
kim phun. 88
6.9.15. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Khoang nâng kim phun. 88
6.9.16. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Kim phun. . 89
6.9.17. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Vòi phun. 89
6.9.18. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Rò rỉ số 2. . 90
6.9.19. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Biên thủy cơ (dầu hồi và lò xo). 91
6.9.20. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử lò xo kim phun. . 91
6.9.21. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử lò xo piston plunger. . 92
6.9.22. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Buồng cháy. 92
6.10. Khai báo dữ liệu ban đầu cho các phần tử. 93
6.10.1. Khai báo điều kiện ban đầu cho phần tử Cam lồi. 93
6.10.2. Khai báo điều kiện ban đầu cho phần tử Piston Plunger. 93
6.10.2. Khai báo điều kiện ban đầu cho phần tử Buồng áp suất. . 93
6.10.3. Khai báo điều kiện ban đầu phần tử đường ống cao áp, ống dọc theo thân vòi
phun, ống thẳng trên thân vòi phun, các đường ống chuyển tiếp, ống xiên. 94
6.10.4. Khai báo điều kiện ban đầu phần tử Kim phun. 94
6.10.5. Khai báo điều kiện ban đầu phần tử Khoang sau van cao áp. . 95
Mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ Kubota bằng phần mềm HydSim
120
6.11. Lựa chọn thông số đầu ra. . 95
6.11.1. Thông số đầu ra của phần tử Cam lồi. 95
6.11.2. Thông số đầu ra của phần tử Piston Plunger. 96
6.11.3. Thông số đầu ra của phần tử Rò rỉ số 2. . 97
6.11.4. Thông số đầu ra của phần tử Buồng áp suất. 97
6.11.5. Thông số đầu ra của phần tử van cao áp. 98
6.11.6. Thông số đầu ra của phần tử Đường ống cao áp . 98
6.11.7. Thông số đầu ra của phần tử Khoang nâng kim phun. 99
6.11.8. Thông số đầu ra của phần tử Kim phun. . 99
6.11.9. Thông số đầu ra của phần tử Vòi phun. 100
6.12. Khai báo tính chất khí nạp trong buồng cháy. . 100
6.13. Chạy chương trình tính toán. . 101
6.13.1. Khai báo hộp thoại điều khiển tính toán. 101
6.13.2. Chạy chương trình tính toán. 102
7. XUẤT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG. . 103
7.1. Cách xuất kết quả. 103
7.2. Nhận xét kết quả thu được. . 104
7.2.1. Thông số đầu ra của cam nghiêng. . 104
7.2.3. Thông số vận tốc của piston plunger. . 106
7.2.4. Thông số áp suất nhiên liệu trong hệ thống. . 106
7.2.5. Thông số đầu ra của van cao áp. 107
7.2.6. Thông số vận tốc van cao áp. . 107
7.2.7. Thông số độ nâng của kim phun. . 108
7.2.8. Thông số tiết diện lưu thông đế kim phun. . 109
7.2.9. Thông số lượng nhiên liệu rò rỉ tại sự rò rỉ số 2. . 109
7.2.10. Thông số góc côn của tia phun. 110
7.2.11. Thông số độ xuyên thấu của tia phun. 110
7.2.12. Thông số đường kính trung bình của hạt nhiên liệu. . 111
7.3. Đánh giá chung về chất lượng phun nhiên liệu từ kết quả mô phỏng. 111
7.4. Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện kết cấu đến chất lượng phun nhiên liệu. 111
7.4.1. Thông số tiết diện lưu thông tại đế kim phun. 112
7.4.2. Thông số độ nhấc kim phun. 113
7.4.4. So sánh độ xuyên thấu khi thay đổi áp suất buồng cháy. 114
8. KẾT LUẬN. 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 116
MỤC LỤC 117