Báo Cáo Thiết kế và cải tiến bộ điều tốc cho động cơ diesel

THIẾT KẾ VÀ CẢI TIẾN BỘ ĐIỀU TỐC CHO
ĐỘNG CƠ DIESEL
DESIGNING AND IMPROVING THE GOVERNOR FOR DIESEL ENGINE

SVTH: LÊ QUANG THẮNG
Lớp 06C2, Khoa Cơ Khí, Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại
Học Đà Nẵng
GVHD: TS NGUYỄN XUÂN HÙNG
Hiệu Phó Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng


TÓM TẮT
Trên cơ sở sử dụng bộ truyền vít đai ốc, đề tài ứng dụng nguyên tắc sai số tốc độ quay tương
đối của trục vít và đai ốc để thiết kế nguyên lý hoạt động bộ điều tốc mới.
ABSTRACT
Based on using screw-bolt transmission screw-nut, the topic applies rotating speed error
principle relativistic of screw and nut to design new governor action principle.
1. Mở đầu
Bộ điều tốc có vai trò rất quan trọng đối với động cơ diesel, hệ thống các máy phát điện và
trong điều khiển đồng tốc cho nhiều động cơ, tự động điều chỉnh tốc độ quay theo thông số
được đặt trước. Dựa theo nguyên tắc hoạt động của phần tử cảm biến có điều tốc: cơ khí, thuỷ
lực, chân không, điện và điện tử. Nguyên lý cảm biến cơ khí là cân bằng lực ly tâm của quả
văng khi động cơ quay với lực đàn hồi của lò xo điều tốc, nguyên lý cảm biến chân không là
cân bằng lực do dòng khí đi qua van hút chân không tác động lên màng ép lò xo điều tốc,
nguyên lý cảm biến thuỷ lực là cân bằng lực do áp suất dầu sinh ra khi hoạt động với lực đàn
hồi của lò xo điều tốc, nguyên lý cảm biến điện là cân bằng lực từ do máy phát điện một chiều
cấp cho cuộn cảm khi động cơ hoạt động với lực đàn hồi của lò xo điều tốc. Cảm biến điện tử
thì hiện đại hơn các tín hiệu điện của các phần tử cảm biến tạo ra chuyển tới bộ điện tử trung
tâm ECU để phân tích theo chương trình có sẵn, kết quả tính được tạo thành các xung điều
khiển chuyển tới bộ phận chấp hành. Ta nhận thấy để thay đổi tốc độ đặt cho bốn loại điều tốc
trên cần thay đổi lực đàn hồi của lò xo điều tốc. Tốc độ đặt của các bộ điều tốc trên là tốc độ
ảo, đối với bộ điều tốc này tốc độ đặt là tốc độ thực vòng/s. Đó là điểm khác biệt của bộ điều
tốc đang nghiên cứu với các bộ điều tốc hiện có. Đây là bộ điều tốc kiểu cơ điện nguyên tắc
cảm ứng là so sánh tốc độ đặt và tốc độ thực.
2. Nội dung
2.1.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
2.1.1. Sơ đồ cấu tạo
Bộ phận chính của bộ điều tốc là phần tử cảm ứng gồm trục vít 4 và đai ốc 13, đai ốc 13 gia
công riêng và lắp chặt trong trục ống 14 nhờ chốt chống xoay 12, trục 14 nối đồng trục với
trục ống 16, trục 16 nối đồng trục với trục 21 để nhận mômen từ trục khuỷu của động cơ, trục
16 phay xuyên thủng dọc trục. Trục vít 4 tiện ren ở giữa hai đầu tiện trơn một đầu phay rãnh
then, được bạc 15 đỡ quay đầu bên phải, bạc 15 lắp chặt trong trục ống 16, bạc 6 đỡ trục vít
quay đầu bên trái, bạc 6 có lỗ để lắp then bằng 7 truyền mômen cho trục vít 4, bạc 6 được lắp
chặt trên trục ống 8, trục ống 8 nối đồng trục với trục ống 3, trục 3 nối đồng trục với trục 1 để
nhận mômen từ trục động cơ điện. Trục định tâm 17 lắp trơn với trục vít 4, trên trục 17 khoan
lỗ để lắp càng gạt 18, càng 18 có khoan lỗ hai đầu để lắp chốt thẻ giữ khỏi văng ra khi quay
sau khi đã lồng vòng đỡ 19, vòng đỡ 19 sau khi nhận chuyển động tịnh tiến từ trục vít 4 sẽ
truyền cho vòng trượt 20, vòng trượt 20 sẽ tác động vào phần tử chấp hành điều khiển cơ cấu
cấp nhiên liệu, lò xo 2 lắp lồng tự do ở trong trục ống 3 và 20, để tạo lực đàn hồi giúp vít tự
động ăn khớp với đai ốc khi khởi động bộ điều tốc hoặc quá tải (Hình 2.1). Hành trình tịnh
tiến của vít bằng chiều dài của ren trên vít cộng chiều dài của ren trên đai ốc. Vị trí max và
min của vít tương đương với vị trí max và min của bộ phận cấp nhiên liệu. Ren có hướng xoắn
phải chiều quay của hai trục trùng với hướng xoắn này, chiều từ trái qua phải là chiều tăng
nhiên liệu cấp cho động cơ, chiều từ phải sang trái là chiều giảm nhiên liệu cấp cho động cơ.
2.1.2. Nguyên tắc hoạt động
Khi máy hoạt động trục 21 quay theo trục khuỷu thông qua trục ống 14 và 16 đai ốc 13 sẽ
được kéo quay theo, vòng đỡ 19, trục định tâm 17, càng gạt 18 cũng sẽ quay cùng với trục ống
16. Cấp nguồn cho động cơ điện sẽ kéo trục 1 quay thông trục ống 8, trục ống 3, bạc 6 và mối
ghép then bằng 7 trục vít 4 sẽ được kéo quay theo. Khi tốc độ quay của đai ốc và trục vít đồng
bộ thì trục vít sẽ không chuyển động tương đối đối với đai ốc nên cơ cấp chấp hành không
điều chỉnh tốc độ thực cân bằng với tốc độ đặt. Nếu giảm tải động cơ tăng tốc tốc độ trục
khuỷu tăng sẽ kéo tốc độ đai ốc tăng trong khi tốc độ trục vít không đổi, tốc độ đai ốc nhanh
hơn, ren của vít và đai ốc là ren phải chiều quay cũng theo chiều xoắn này đai ốc cố định theo
phương dọc trục buộc trục vít phải tịnh tiến sang trái lò xo đàn hồi lắp trên bộ phận chấp hành
sẽ tự đẩy vòng trượt 19 trục định tâm 17 luôi lại theo chiều giảm nhiên liệu (đai ốc quay vít
tịnh tiến). Nếu động cơ tăng tải diễn biến sẽ ngược với trên, nghĩa là tốc độ động cơ giảm dẫn
đến tốc độ đai ốc giảm trong khi tốc độ trục vít không đổi, tốc độ vít nhanh hơn vít sẽ dịch
chuyển sang phải tác động vào trục định tâm 17 đẩy vòng trượt 20 dịch chuyển tác động vào
cơ cấu chấp hành tăng nhiên liệu (vít vừa quay vừa tịnh tiến). Như vậy khi tốc độ trục kéo vít
nhanh hơn tốc độ trục kéo đai ốc thì vít sẽ vừa quay vừa tịnh tiến theo chiều từ trái sang phải.
Còn nếu tốc độ trục kéo đai ốc nhanh hơn tốc độ trục vít thì vít sẽ tịnh tiến theo chiều từ phải
sang trái.
2.1.3. Đặc điểm điều khiển
Ta nhận thấy rằng khi điều chỉnh vị trí max và min của vít trùng với vị trí max và min của van
nhiên liệu, quãng đường di chuyển không đổi, điều ta mong muốn là giảm thời gian điều chỉnh
để nhanh chóng cân bằng tốc độ t=s/v, s=const nên phải tăng v, v lớn hay nhỏ phụ thuộc vào
sai số tốc độ Δn giữa hai động cơ và bước ren p. Khi ta tăng tỷ số truyền thì Δn tăng và v tăng.
Khi xảy ra sai số tốc độ thì giữa hai trục có sai số vận tốc góc ω rad/s tương đương với số
bước/s. Chiều dài đoạn tiện ren cố định ta muốn vận tốc tăng lên thì giảm số ren lại trong
quãng đường đó tức là phải tăng giá trị bưóc ren p. Khi ta tăng tốc độ và tăng giá trị bước ren
p lên thì thời gian điều chỉnh nhanh, điều này phụ thuộc vào đặc tính kỷ thuật của động cơ.
Giả sử tốc độ đặt 50 vòng/s số ren là 10 bước ren pr1, chiều dài đoạn tiện ren là (l), tốc độ
thực 49 vòng/s vít sẽ có vận tốc 1 vòng/s tương đương với 1 bước/s, nghĩa là trong 1 giây cơ
cấu chấp hành di chuyển một đoạn s = pr1(mm). Nếu tăng tốc độ lên gấp đôi và giảm số ren
xuống một nữa, tốc độ đặt là 100/vòng/s tốc độ thực 98 vòng/s số ren là 5, bước ren pr2 (pr2
=2pr1) chiều dài đoạn tiện ren vẫn là (l) vậy vít có tốc độ 2 vòng/s tương đương 2 bước/s
nghĩa là trong 1 giây cơ cấu chấp hành di chuyển một đoạn bằng 2pr2 hay 4pr1. So sánh ta
thấy tăng tỷ lệ truyền và tăng giá trị bước ren p lên thì thời gian điều chỉnh sẽ ngắn lại. Trong
bộ điều tốc trên ta nhận thấy để vít dịch chuyển được thì phải có sai số tốc độ Δn giữa hai trục,
khi đó vít sẽ có vận tốc (v), và đi được đoạn đường (s), s là một hàm theo thời gian s=s(t). Nên
bộ điều tốc này có vùng không nhậy bằng 0. Giả sử tốc độ đặt là 50 vòng/s tốc độ thực là 49,9
vòng/s sai số tốc độ là 0,1 vòng/s. Đối với các bộ điều tốc khác tốc độ 49,9 vòng/s nằm trong
vùng không nhậy nên không cảm ứng được và không điều chỉnh. Nhưng đối với bộ điều tốc