Đồ Án Ứng dụng phần mềm Hydsim để mô phỏng hệ thống nhiên liệu động cơ Kubota RK125-2X-NB-GE

1. MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Động cơ Diesel nói chung được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Kể từ khi ra đời cho đến nay, qua nhiều công cuộc cải cách công nghiệp đã làm cho việc cải tiến và thiết kế mới ra những hệ thống, bộ phận nhằm giúp động cơ Diesel thích hợp hơn trong thời điểm hiện đại ngày nay, cụ thể như là phải tiết kiệm nhiên liệu, hạn chế tối thiểu việc gây ô nhiễm môi trường ,
Một trong những hệ thống ảnh hưởng không nhỏ đến các chỉ tiêu đó là hệ thống nhiên liệu và cụ thể là việc phun nhiên liệu. Để cải tiến và thiết kế mới ra các hệ thống và bộ phận thì đòi hỏi người thiết kế phải tính toán rất nhiều dựa vào những kiến thức chuyên ngành đã có. Hiện nay với sự phát triển của lĩnh vực công nghệ thông tin và cụ thể là tin học thì việc tính toán chỉ còn nhờ vào máy tính, còn người thiết kế chỉ việc dựa vào những kiến thức chuyên ngành động lực để lập trình ban đầu cho máy tính, và phần mềm Hydsim (Hydraulic Simulation) không là ngoại lệ.
Đề tài là việc ứng dụng phần mềm trên để mô phỏng-tính toán hệ thống nhiên liệu của động cơ Diesel có tên Kubota RX125-2X-NB-GE. Phần mềm này được xây dựng trên cơ sở là thuyết động lực học và dao động chất lỏng của những hệ thống đa phần tử. Có nhiều cách để ứng dụng phần mềm này, ta có thể kết nối các biểu tượng và sau đó nhập các thông số đầu vào của các chi tiết và lấy ra các thông số của việc phun nhiên liệu để khảo sát và kiểm nghiệm hoặc là ngược lại để có nhanh các thông số chính xác của các chi tiết cần thiết kế.
Từ việc mô phỏng, tính toán việc phun nhiên liệu của động cơ Kubota nói riêng, tức là hệ thống nhiên liệu Diesel, ta có thể mở rộng ứng dụng của phần mềm ra cho hệ thống nhiên liệu dùng xăng hoặc các loại nhiên liệu thay thế khác, và rộng hơn nữa là phân tích động lực học của những hệ thống thủy lực và thủy cơ.
Mô phỏng ở đây không đơn thuần là mô phỏng bằng các biểu tượng (icon) mà đề tài này nói lên việc mô phỏng để tính toán-thiết kế cho việc phun nhiên liệu, điều này rất thuận lợi cho công việc tính toán và thiết kế nhanh cho việc phun của hệ thống nhiên liệu Diesel mà kết quả lại rất chính xác.
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.
2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HYDSIM
2.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM
Hydsim là một chương trình phân tích động lực học của những hệ thống thuỷ lực và thuỷ cơ. Nó được xây dựng trên cơ sở thuyết động lực học và dao động chất lỏng của những hệ thống đa phần tử. Lĩnh vực ứng dụng chính của Hydsim là mô phỏng việc phun nhiên liệu. Chủ yếu, chương trình được phát triển để mô phỏng những hệ thống phun nhiên liệu Diesel. Tuy nhiên, Hydsim cũng có thể ứng dụng một cách dễ dàng trong việc mô phỏng cho những hệ thống phun nhiên liệu xăng hay nhiên liệu thay thế khác (như cồn). Hơn thế nữa, chương trình cũng hữu ích trong nhiều lĩnh vực liên quan đến việc phân tích động lực học của những hệ thống thủy lực hoặc cơ khí. Chẳng hạn như việc mô phỏng động lực học của những thiết bị điều khiển thuỷ lực-cơ khí cũng như sự dao động trong quá trình truyền động.
Hydsim là một công cụ được kết hợp trong không gian làm việc của AVL với cách xử lý và đồ hoạ thân thiện với người sử dụng. Sự thể hiện hai chiều của mô hình Hydsim cung cấp một cái nhìn tổng quát về hệ thống được định nghĩa bởi người sử dụng. Một cách cơ bản, mỗi phần tử riêng biệt của hệ thống được thể hiện bằng một biểu tượng (icon) trên màn hình GUI. Những biểu tượng này có thể được kết nối một cách cơ khí hoặc một cách thuỷ lực hoặc một cách lôgic. GUI điều khiển quy trình xây dựng mô hình và không cho phép những liên kết không phù hợp cũng như những đặc điểm kỹ thuật đầu vào không hợp lí.
2.1.1. Tạo mô hình trong không gian hai chiều
Mục đích của sự trình bày mô hình Hydsim hai chiều là cung cấp một cái nhìn chung của hệ thống được định nghĩa bởi người sử dụng. Một cách cơ bản, mỗi phần tử riêng biệt của hệ thống được trình bày bằng một biểu tượng trên màn hình GUI. Những biểu tượng này chứa đựng những hình ảnh dưới dạng giản đồ của những phần tử vật lý. Những biểu tượng này được kết nối bằng những đường thẳng có mũi tên màu đỏ hoặc màu xanh. Màu đỏ thể hiện liên kết cơ khí (lò xo hoặc bộ giảm chấn) và màu xanh da trời thể hiện liên kết thủy lực (hướng dòng chảy). Một số phần tử khác có thể được kết nối bằng đường màu xanh lá cây (liên kết đặc biệt).

MỤC LỤC:

LỜI NÓI ĐẦU
1. MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 1
2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HYDSIM 2
2.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM 2
2.1.1. Tạo mô hình trong không gian hai chiều. 2
2.1.2. Nhập thông số ban đầu. 3
2.1.3. Chạy phần mềm để tính toán. 3
2.1.4. Bộ xử lý PP2. 4
2.1.5. Bộ xử lý PP3 (Post-Processor PP3) 5
2.2. GIỚI THIỆU CÁC NHÓM PHẦN TỬ TRONG PHẦN MỀM 5
2.2.1. Nhóm phần tử biên. 8
2.2.1.1. Biên áp suất (Pressure Boundary) 9
2.2.1.2 Biên cơ khí (Mechanical Boundary) 10
2.2.2. Nhóm phần tử cam 12
2.2.3. Nhóm phần tử piston. 17
2.2.4. Nhóm phần tử thể tích. 20
2.2.5. Nhóm phần tử đường ống. 25
2.2.6. Sự rò rỉ (leakage). 28
2.2.8. Nhóm phần tử kim phun. 35
2.2.9. Van cao áp có vành giảm áp.(Constant volume valve). 39
2.2.10. Bơm piston (Plunger) 41
2.2.11. Cửa. 41
3. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ KUBOTA RK125-2X-NB-GE 48
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL CÔNG SUẤT NHỎ 48
3.2. KHẢO SÁT CỤ THỂ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ KUBOTA RK125-2X-NB-GE. 53
3.2.1. Giới thiệu chung. 53
3.2.1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu Kubota RK125-2X-NB-GE 53
3.2.1.2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ KUBOTA RK125-2X-NB-GE 54
3.2.2. Cấu tạo bơm cao áp. 55
3.2.2.1. Hành trình đẩy nhiên liệu tới vòi phun. 56
3.2.2.2. Điều khiển lượng nhiên liệu phun. 57
3.2.2.3. Phần tử bơm 58
3.2.2.4.Cụm van cao áp. 58
3.2.3. Cấu tạo vòi phun. 59
4. SỬ DỤNG PHẦN MỀM HYDSIM ĐỂ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ KUBOTA RK125-2X-NB-GE. 60
4.1. PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ KUBOTA RK125-2X-NB-GE. 60
4.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ KUBOTA RK125-2X-NB-GE. 63
4.3. KHAI BÁO DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CHO CÁC PHẦN TỬ 67
4.3.1. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử cam nghiêng. 68
4.3.2. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Piston Plunger 69
4.3.3. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Cửa nạp/ tràn thẳng hàng. 70
4.3.4. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử rò rỉ số 1. 71
4.3.5. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Áp suất ban đầu của nhiên liệu. 71
4.3.6. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Buồng áp suất 72
4.3.7. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử van cao áp có vành giảm áp 72
4.3.8. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Khoang sau van cao áp. 73
4.3.9. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Đường ống cao áp. 73
4.3.10. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Đường ống dọc thân vòi phun 74
4.3.11. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Khoang chuyển tiếp số 1. 74
4.3.12. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Đường ống chuyển tiếp(2 ống). 75
4.3.13. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Khoang chuyển tiếp số 2. 75
4.3.14. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Đường ống xiên dẫn đến khoang nâng kim phun(3 đường) 76
4.3.15. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Khoang nâng kim phun. 76
4.3.16. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Kim phun. 77
4.3.17. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Vòi phun. 77
4.3.18. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Rò rỉ số 2. 78
4.3.19. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Biên áp suất (dầu hồi) 78
4.3.20. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử lò xo kim phun. 79
4.3.21. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử lò xo piston plunger 79
4.3.22. Khai báo dữ liệu đầu vào cho phần tử Buồng cháy. 79
4.4. KHAI BÁO DỮ LIỆU BAN ĐẦU CHO CÁC PHẦN TỬ 80
4.4.1. Khai báo điều kiện ban đầu cho phần tử Cam nghiêng. 80
4.4.2. Khai báo điều kiện ban đầu cho phần tử Piston Plunger 80
4.4.3. Khai báo điều kiện ban đầu cho phần tử Buồng áp suất 80
4.4.4. 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. 81
4.4.5. Khai báo điều kiện ban đầu phần tử Kim phun. 81
4.4.6. Khai báo điều kiện ban đầu phần tử Khoang sau van cao áp. 81
4.5. LỰA CHỌN THÔNG SỐ ĐẦU RA. 82
4.5.1. Thông số đầu ra của phần tử Cam nghiêng. 82
4.5.2. Thông số đầu ra của phần tử Piston Plunger 83
4.5.3. Thông số đầu ra của phần tử Rò rỉ số 1. 83
4.5.4. Thông số đầu ra của phần tử Cửa nạp/ tràn thẳng đứng. 83
4.5.5. Thông số đầu ra của phần tử Buồng áp suất 84
4.5.6. Thông số đầu ra của phần tử van cao áp. 84
4.5.7. Thông số đầu ra của phần tử Đường ống cao áp. 85
4.5.8. Thông số đầu ra của phần tử Khoang nâng kim phun. 85
4.5.9. Thông số đầu ra của phần tử Kim phun. 86
4.5.10. Thông số đầu ra của phần tử Vòi phun. 86
4.5.11. Thông số đầu ra của phần tử Rò rỉ số 2. 87
4.6. KHAI BÁO TÍNH CHẤT KHÍ NẠP TRONG BUỒNG CHÁY. 87
4.7. CHẠY CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 88
4.7.1. Khai báo hộp thoại điều khiển tính toán. 88
4.7.2. Chạy chương trình tính toán. 89
4.8. XUẤT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT. 90
4.8.1. Cách xuất kết quả. 90
4.8.2. Nhận xét kết quả thu được. 91
4.8.2.1. Thông số đầu ra của cam nghiêng. 91
4.8.2.2. Thông số vận tốc nâng của biên dạng cam 92
4.8.2.3. Thông số ứng suất Hertz giữa cam nghiêng và piston plunger 93
4.8.2.4. Thông số vận tốc của piston plunger 93
4.8.2.5. Thông số áp suất trong buồng áp suất 94
4.8.2.6. Thông số đầu ra của van cao áp. 95
4.8.2.7. Thông số vận tốc van cao áp. 95
4.8.2.8. Thông số độ nâng của kim phun. 96
4.8.2.9. Thông số tiết diện lưu thông đế kim phun. 96
4.8.2.10. Thông số áp suất khoang nâng. 97
4.8.2.11. Thông số lượng nhiên liệu rò rỉ tại sự rò rỉ số 2. 98
4.8.2.12. Thông số góc côn của tia phun. 98
4.8.2.13. Thông số độ xuyên thấu của tia phun. 99
4.8.2.14. Thông số đường kính trung bình của hạt nhiên liệu. 99
4.9. ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN KẾT CẤU CHẤT LƯỢNG PHUN NHIÊN LIỆU 100
4.9.1. Thông số tiết diện lưu thông tại đế kim phun. 101
4.9.2. Thông số độ nhấc kim phun. 101
4.9.3. Thông số góc côn của tia phun. 102
4.9.4. Thông số độ xuyên thấu của tia phun. 102
4.9.5. So sánh độ xuyên thấu khi thay đổi áp suất buồng cháy. 103
5. KẾT LUẬN 103
5.1. MỘT VÀI NHẬN XÉT VỀ PHẦN MỀM HYDSIM 103
5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 104
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO 106