Chương 1. Tổng quan về các phương tiện giao thông vận tải trong kỹ thuật hiện đại 1. Các phương tiện vận tải hiện nay Hiện nay khoa học kỹ thuật phát triển với tốc độ rất nhanh, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học thì các phương tiện vận tải trong kỹ thuật ngày nay cũng phát triển rất đa dạng và phong phú. Các phương tiện vận tải đóng một vai trò rất quan trọng trọng, là một trong những nhân tố thiết yếu của trong cuộc sống hiện đại ngày nay, nhu cầu về vận tải ngày nay là rất lớn, vì thế song song với nhu cầu đó thì các phương tiện giao thông vận tải cũng phải phát triển để đáp ứng với thực tế.
Các phương tiện dùng để vận tải cũng rất đa dạng và gồm nhiều chủng loại và hình thức như vận chuyển dùng đường không như máy bay, vận tải đường thuỷ như các loại tàu thuyền… , vận tải đường bộ và đường sắt. Trong đó vận tải đường bộ đóng vai trò rất quan trọng, vận tải đường bộ thường dùng các loại phương tiện như: ôtô, máy kéo các loại xe gắn máy… trong đó ôtô, máy kéo đóng vai trò chính và chủ yếu trong các phương tiện vận tải đường bộ. Ôtô chủ yếu dùng để chuyên chở, vận chuyển hàng hoá hoặc hành khách, ngoài ra ôtô còn được trang bị các máy công tác đặc biệt để thực hiện các công việc đặc biệt như cứu hoả, nâng hàng… ôtô cũng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, quốc phòng, thể thao… 1. Vai trò của máy kéo trong cuộc sống Máy kéo có một vai trò rất quan trọng trong cuộc sống, nó được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực và các ngành trong nền kinh tế, nhu cầu về máy kéo ở nước ta hiện nay là rất lớn.
Trong nông nghiệp: máy kéo chủ yếu được sử dụng để thực hiện các công việc trên đồng ruộng như cày, bừa, gieo hạt, chăm sóc cây trồng, cải tạo ruộng đồng, vận chuyển các sản phẩm vật tư nông nghiệp, thu hoạch nông sản… Một số máy kéo còn có bộ phận trích công suất đôi khi còn được liên hợp với các máy tĩnh tại như các máy bơm nước, tuốt lúa, nghiền thức ăn cho gia súc. Trong lâm nghiệp: máy kéo chủ yếu được sử dụng để thực hiện các công việc khai thác và vận chuyển gỗ, trồng rừng, san ủi mặt đường… Trịnh Thế Nam Lớp CTM6 – K44 -3- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế tạo máy Trong giao thông vận tải và xây dựng máy kéo dùng để vận chuyển hàng hoá trong các tuyến đường ngắn, đường xấu hoặc vận chuyển các cấu kiện có trọng lượng lớn, cồng kềnh, san ủi mặt bằng xây dựng, đào cống rãnh… Như vậy máy kéo đóng một vai trò rất lớn trong cuộc sống, trên máy kéo thì động cơ là một bộ phận chính là nơi tạo ra công suất để giúp máy kéo hoạt động được. Bộ truyền tay biên piston trong động cơ máy kéo và các đặc tính cơ bản của chúng Bộ truyền tay biên piston gồm có: xecmăng, tay biên, trục khuỷu. Bộ truyền tay biên piston trong động cơ đốt trong có nhiệm vụ nhận lực từ khí thể và truyền đến tay biên để biến thành chuyển động quay của trục khuỷu để truyền công suất ra ngoài.
Piston Piston cùng với xecmăng khí, xecmăng dầu trong quá trình làm việc của động cơ làm những nhiệm vụ chính sau: 1. Tạo thành buồng cháy tốt, bảo đảm bao kín buồng cháy giữ không để khí cháy lọt xuống cacte và dầu nhờn không sục vào buồng máy. Trịnh Thế Nam Lớp CTM6 – K44 -4- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế tạo máy 2. Tiếp nhận lực khí thể Pz và truyền lực này cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu đưa công suất ra ngoài.
Trong các quá trình nén, piston nén khí nạp và trong quá trình thải piston làm nhiệm vụ như một bơm đẩy và quét khí. Điều kiện làm việc của piston Piston là một chi tiết máy quan trọng của động cơ máy kéo. Trong quá trình làm việc của động cơ, piston chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt rất lớn ảnh hưởng xấu đến độ bền, tuổi thọ của piston. Tải trọng cơ học: Chủ yếu là do lực khí thể và lực quán tính gây nên.
Trong quá trình cháy áp suất khí thể tăng đột ngột có khi tới 10 đến 12 MPa hoặc cao hơn nữa. Ngoài ra lực quán tính tác dụng trên nhóm piston cũng rất lớn. Các lực này biến thiên theo chu kỳ nên đã gây ra va đập dữ dội của các chi tiết máy của nhóm piston vớ xy lanh và thanh truyền làm piston bị biến dạng và đôi khi làm hỏng piston. Tải trọng nhiệt: Do tiếp xúc với nhiệt độ rất cao trong quá trình cháy (khoảng 2300 – 2700 0K) nên nhiệt độ đỉnh piston thường rất cao gây ra những tác hại sau đây: - Gây ra ứng suất nhiệt lớn có thể làm rạn nứt cục bộ, giảm độ bền của piston.
- Gây biến dạng nhiệt khiến piston bị bó kẹt trong xy lanh và làm tăng ma sát giữa piston và xy lanh. - Giảm hệ số nạp làm giảm công suất động cơ. - Làm dầu nhờn chóng bị phân huỷ. Ma sát và ăn mòn hoá học Trong quá trình làm việc bề mặt thân piston thường làm việc ở trạng thái ma sát nửa khô do thiếu dầu bôi trơn.
Hơn nữa do piston bị biến dạng trong quá trình làm việc nên ma sát càng lớn. Ngoài ra do đỉnh piston luôn tiếp xúc với khí cháy nên bị ăn mòn hoá học bởi các thành phần axít sinh ra trong quá trình cháy. Do điều kiện làm việc của piston như vậy nên khi thiết kế piston cần đảm bảo các yêu cầu sau đây: - Dạng đỉnh piston tạo thành buồng cháy tốt nhất. - Tản nhiệt tốt để tránh kích nổ và bó kẹt.
Trịnh Thế Nam Lớp CTM6 – K44 -5- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế tạo máy - Có trọng lượng nhỏ để giảm lực quán tính. - Đủ bền và đủ độ cứng vững để tránh biến dạng quá lớn. - Đảm bảo bao kín buồng cháy để công suất động cơ không giảm sút và ít hao dầu nhờn. Vật liệu chế tạo piston Do điều kiện làm việc của piston như trên nên vật liệu dùng để chế tạo piston phải có tính năng cơ lý sau đây: - Có sức bền cao và độ bền nhiệt lớn.
- Trọng lượng riêng nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lớn. - Chịu mòn tốt và chịu ăn mòn hoá học. Ngày nay thường sử dụng là gang và hợp kim nhôm. Để thoả mãn các yêu cầu làm việc trên, piston được làm từ hợp kim nhôm với thành phần gồm có Si, Ni, Cu và các nguyên tố khác.
Vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất là hợp kim nhôm – niken, có trọng lượng riêng nhỏ, độ dẫn nhiệt cao và khả năng đúc lớn, tổn thất ma sát nhỏ, nhôm có độ cứng nhỏ HB = 90 – 120 nên dễ gia công. Độ truyền dẫn nhiệt tốt sẽ giúp cho nhiệt độ đỉnh piston thấp dẫn tới sẽ giảm được phụ tải nhiệt phần đỉnh. Kết cấu của piston Piston có thể chia thành những phần như: đỉnh, đầu, thân và chân piston. Mỗi phần đều có nhiệm vụ riêng và những đặc điểm kết cấu riêng.
- Đỉnh piston: là phần trên cùng của piston, cùng với xylanh, nắp xylanh tạo thành buồng cháy. Về mặt kết cấu có các loại đỉnh piston như sau: + Đỉnh bằng: có diện tích chịu nhiệt nhỏ, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. + Đỉnh lồi: có sức bền lớn, có độ cứng vững cao, không cần gân tăng bền dưới đỉnh nên trọng lượng nhỏ nhưng diện tích chịu nhiệt lớn nên nhiệt độ của đỉnh lồi thường cao hơn đỉnh bằng. Trịnh Thế Nam Lớp CTM6 – K44 -6- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế tạo máy §Ønh §Çu Th©n + Đỉnh lõm: là dạng đỉnh dùng trong động cơ diezen hoặc 2 kỳ có buồng cháy trực tiếp.
Loại đỉnh này có kết cấu rất đa dạng. Tuy nhiên sức bền kém và diện tích chịu nhiệt lớn hơn đỉnh bằng. - Đầu piston: bao gồm đỉnh piston và vùng đai lắp xecmăng khí, xecmăng dầu, làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy. Đường kính đầu piston thường nhỏ hơn đường kính thân vì thân là phần dẫn hướng của piston.
Trong quá trình làm việc của động cơ đầu piston truyền phần lớn nhiệt lượng do khí cháy truyền cho nó (70 – 80 %) qua phần đai xecmăng, qua xecmăng đến xylanh rồi truyền cho nước làm mát động cơ. Dòng nhiệt chủ yếu đi qua các xecmăng do đó xecmăng vừa làm nhiệm vụ bao kín buồng cháy vừa làm nhiệm vụ truyền dẫn tản nhiệt cho phần đầu piston. Kết cấu đầu piston phải đảm bảo những yêu cầu sau: + Bao kín tốt: cho buồng cháy nhằm ngăn khí cháy lọt xuống cacte dầu và dầu bôi trơn từ cacte sục lên buồng cháy. Thông thường người ta dùng xecmăng để bao kín.
Có hai loại xecmăng là xecmăng khí để bao kín buồng cháy và xecmăng dầu để ngăn dầu sục lên buồng cháy. Số xecmăng tuỳ thuộc vào loại động cơ, tốc độ động cơ, số rãnh xecmăng khí và rãnh xecmăng dầu quyết định kích thước của vành đai xecmăng và chiều cao của phần đầu piston. + Tản nhiệt tốt cho đầu piston: đây là vấn đề rất quan trọng vì nếu không thì nhiệt độ của đỉnh piston sẽ quá cao gây nhiều tác hại như: rạn nứt, bó kẹt xecmăng, Trịnh Thế Nam Lớp CTM6 – K44 -7- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế tạo máy đầu piston, công suất động có giảm sút, ứng suất nhiệt tăng lên. Để tản nhiệt tốt thường dùng các biện pháp kỹ thuật sau đây: Phần chuyển tiếp giữa đỉnh và đầu có bán kính R lớn.
Dùng gân tản nhiệt ở dưới đỉnh piston. Dùng rãnh ngăn nhiệt để giảm lượng nhiệt truyền cho xecmăng thứ nhất. Rãnh ngăn nhiệt sẽ ngăn một phần dòng nhiệt truyền cho xecmăng thứ nhất, bảo vệ xecmăng này đồng thời hướng dòng nhiệt phân tán xuống phía dưới vành đai xecmăng phân tán đều cho các xecmăng số 2, số 3. Làm mát đỉnh piston, bố trí vị trí rãnh xecmăng thứ nhất gần khu vực làm mát của lót xylanh.
Vị trí của rãng xecmăng dầu thứ nhất ảnh hưởng rất lớn đến chiều cao của phần đầu piston nên cũng không thể cách đỉnh quá xa. + Sức bền cao: để tăng sức bền và độ cứng vững cho bệ chốt piston người ta thiết kế các gân trợ lực.